Why is single threaded Redis so fast

TL;DR

Redis是一款高性能内存键值数据库，采用单线程架构，支持高达100,000 QPS的单机性能。其单线程设计易于实现，且CPU不会成为瓶颈。Redis完全基于内存存储，数据存储在内存中，大多数请求都是纯内存操作，速度极快。Redis有5种数据类型，分别是String、List、Hash、Set和SortedSet，每种数据类型使用一种或多种底层数据结构来支持，旨在实现更快的速度。

Summary

  1. Redis简介：Redis是一款高性能的内存键值数据库，支持高达100,000 QPS（每秒查询数）的单机性能，采用单线程架构。

  2. 单线程设计：Redis采用单线程设计，主要原因是CPU不是Redis的瓶颈，更多的是机器内存或网络带宽。单线程设计易于实现，且CPU不会成为瓶颈。

  3. 内存存储：Redis完全基于内存存储，数据存储在内存中，大多数请求都是纯内存操作，速度极快，避免了从磁盘读取数据的开销。

  4. 数据类型和结构：Redis有5种数据类型，分别是String、List、Hash、Set和SortedSet，每种数据类型使用一种或多种底层数据结构来支持，旨在实现更快的速度。

  5. 单线程优势：使用单线程可以节省大量时间用于上下文切换和CPU消耗，没有竞争条件，不需要考虑各种锁定问题，也没有可能导致性能开销的死锁问题。此外，还可以使用各种“线程不安全”的命令，如Lpush。

  6. 非阻塞I/O：使用基于网络I/O多路复用的线程模型（非阻塞I/O）可以处理并发连接，帮助缓解慢速网络I/O速度的问题。

  7. Reactor模式：Redis的网络事件处理器基于Reactor模式，也称为文件事件处理器。文件事件处理器使用I/O多路复用同时监听多个套接字，并将套接字执行的任务与不同的事件处理器关联。

  8. Redis 6.0多线程：

    • 为什么Redis 6.0之前没有使用多线程？：Redis使用单线程方法实现高可维护性，多线程虽然在某些方面表现良好，但引入了程序执行顺序的不确定性，导致一系列并发读写问题，增加了系统复杂性，可能导致线程切换、锁定和解锁以及死锁等问题导致的性能损失。
    • 为什么Redis 6.0引入多线程？：Redis 6.0引入多线程是因为其瓶颈不在内存，而在网络I/O模块，占用CPU时间。因此，引入多线程来处理网络I/O，充分利用CPU资源，减少网络I/O阻塞导致的性能损失。
    • 如何在Redis 6.0中启用多线程？：默认情况下，Redis禁用多线程，可以在配置文件中启用：io-threads-do-reads yes和io-threads [线程数]。官方建议为4核机器设置2-3个线程，为8核机器设置6个线程。线程数应少于机器核心数，尽量不超过8个线程。
    • 多线程模式下是否存在线程并发问题？：Redis的多线程部分仅用于处理网络数据读写和协议解析，命令执行仍然在单线程中顺序执行，因此没有并发安全问题。