解密Redis速度神话：从I/O多路复用到零拷贝

Redis是一个开源的内存中的数据结构存储系统，它可以用作：数据库、缓存和消息中间件。

Redis6.0之前是单线程的，6.0之后是多线程的，我们今天聊的6.0版本之前的单线程Redis。但其实无论6.0之前还是6.0之后，redis用于工作的线程也只有一个，所以也可以说redis一直是单线程的（注：说的“单线程”，指的是干活的线程只有一个）。

Redis 单线程（6.0 之前）

6.0 之前的 Redis，确实走的单线程路子。但咱得说明白，这可不是说整个 Redis 进程里就一个线程在跑，而是说跟客户端打交道、处理各种命令逻辑的 “干活线程” 只有一个。不管是接收客户端的请求、解析命令，还是执行读写操作、返回结果，全靠这一个线程包办，其他线程可能负责点后台清理、持久化之类的杂活，不掺和核心的命令处理。

Redis 多线程（6.0 之后）

到了 6.0 之后，Redis 确实引入了多线程，但重点是 —— 核心的工作线程（Worker 线程）依旧是独苗，多出来的是专门处理I/O的线程。

相信大伙面试时，十有八九都被问过：“单线程的 Redis 咋就这么快呢？”

作为内存数据库时，Redis 每秒能扛住几十万次操作，它那炸裂的性能，让它在高并发应用的世界里如鱼得水。

这问题看似简单，表面问速度，实际是拷问底层老底！

咱今儿就掰开揉碎唠唠——Redis这货凭啥能狂飙到每秒几十万操作？

官方提供的数据是可以达到 100000+ 的 QPS(每秒内查询次数)。这个数据不比采用单进程多线程的同样基于内存的 KV 数据库 Memcached 差！

有兴趣的可以参考官方的基准程序测试：https://redis.io/topics/benchmarks 

横轴是连接数，纵轴是 QPS。此时，这张图反映了一个数量级，希望大家在面试的时候可以正确的描述出来，不要问你的时候，你回答的数量级相差甚远！

Part1Redis 为啥这么生猛？

1.1 内存存储：数据的极速之旅

Redis 性能牛的头一个原因，首先得归功于它的内存存储特性。与那些靠磁盘吃饭的传统数据库不一样，Redis将所有数据都安置在了内存中。

这就意味着每次读写都不需要经过磁盘I/O这条“羊肠小道”，而是直接走上了内存这条“高速公路”。微秒级别内就能完成存取。而且，这么一来，不仅避开了磁盘带宽和I/O操作的瓶颈，还大大提升了操作效率。

1.2 单线程模型：大道至简

在多线程并发成为标配的时代，有些同学可能会纳闷：单线程咋还能快呢？

其实啊，多线程虽然能并发处理请求，但线程之间的上下文切换可是个不小的开销，反而可能拖慢速度。

因为少了上下文切换这个“累赘”，Redis可以更专注于手头的任务。通过事件驱动模型加上非阻塞I/O多路复用技术，Redis能够同时应对多个连接，就像一位武林高手同时接住几只飞镖一样轻松自如，根本不需要为每个请求单独开辟新战场。

1.3 简单而高效的数据结构

Redis 支持的那些数据结构，比如字符串、哈希、列表、集合、有序集合，个个都设计得简单又高效。每种结构都有自己的优化套路，无论是基本的键值对操作还是复杂的集合运算，Redis都能以极低的延迟完成任务。

特别是对于那些复杂的数据结构，Redis更是配备了高度优化的算法（像跳表、哈希表），确保每一次操作都是快准狠。

1.4 持久化机制

尽管Redis是内存数据库出身，但它也没忘了给自己的数据找个稳妥的家——磁盘。它把数据存到磁盘上，万一重启了还能恢复，Redis提供了两种持久化方式：RDB和AOF。

这两种方式虽然涉及到磁盘操作，但Redis早就想好了对策，保证这些操作不会拖慢整体节奏。

• RDB是定期保存内存数据到磁盘，异步执行，主线程该干啥干啥，一点不耽误。

• AOF则是记录每次写操作的日志，虽然写入频繁，但Redis优化了写入流程，让性能影响降到最低。

1.5 多样化的缓存策略

Redis作为缓存系统时展现的另一面——对多种缓存策略的支持。无论是LRU淘汰策略，还是定期删除与惰性删除相结合的方式，Redis都能巧妙地管理内存使用，确保在有限的资源下，最常用的数据始终活跃在缓存中，避免因缓存满载导致的性能下降。

Part2Redis性能的实际应用

2.1 高并发场景：Redis 就是 “救火队员”

就冲 Redis 这并发处理能力，高并发场景里基本少不了它。比如那些用户乌泱乌泱的 Web 应用、“演唱会开票”这种场面，全靠 Redis 快速响应，才能让系统不卡壳，延迟还低得很。

缓存应用：给数据库穿“防弹衣”

Redis最经典的角色，就是当那个“挡刀”的缓存。用户一来，先问Redis：“有数据吗？”

有？直接甩脸上，毫秒级响应！

没有？再去查数据库，顺便把结果塞给Redis存着，下次就快了。

这招叫“缓存穿透防护”，直接把数据库从“996ICU”拯救回“朝九晚五”，系统稳得一批！

会话存储：分布式系统的“记忆大师”

你在A服务器登录了，跳到B服务器还得重新登录？那多尴尬！

Redis一出手，立马搞定：把用户session存它那儿，所有服务器都能查，一人登录，全网通行。

尤其是在微服务、集群环境下，Redis就是那个“记住你是谁”的大脑，支持成千上万用户同时在线，不卡、不崩、不掉线！

2.2 实时数据处理：反应快得像 “闪电侠”

Redis 凭借其卓越的内存读写性能和丰富的数据结构，广泛应用于各类实时数据处理场景，如实时计数、排行榜计算等，能够有效支撑高并发下的低延迟访问需求。

• 实时计数器：利用 Redis 提供的原子性自增（INCR）和自减（DECR）操作，系统可高效实现访问次数统计、用户点赞数、页面浏览量等高频计数功能，具备极高的吞吐能力和数据一致性保障。

• 实时排行榜：基于 Redis 的有序集合（Sorted Set）结构，系统能够根据动态变化的评分（score）对元素进行快速排序与排名更新。这一特性非常适合实现游戏积分榜、热门商品排行、实时热搜榜单等需要动态排序的应用场景，支持范围查询、排名获取和分数更新等操作，性能优异。

2.3 任务队列 & 消息队列

得益于其高性能的读写能力以及灵活的数据结构支持，Redis 常被用作轻量级的任务队列或消息中间件，适用于异步处理、解耦服务和事件通知等架构设计。

• 任务队列：通过 Redis 的列表（List）结构，结合 LPUSH 和 RPOP（或阻塞版本 BRPOP）等操作，可构建高效可靠的任务队列系统，广泛应用于异步任务调度、批量数据处理和后台作业分发等场景，具备简单易用、高吞吐、低延迟的优势。

• 消息推送与事件通知：借助 Redis 的发布/订阅（Pub/Sub）机制，系统可实现进程间或服务间的实时消息广播与事件驱动通信。该模式支持多订阅者监听同一频道，适用于实时通知、日志收集、服务状态监控等需要低延迟消息传递的场景，提升系统的响应速度与可扩展性。

总结

Redis 的卓越性能源于其核心设计的多重优势：

基于内存的数据存储实现了极快的读写速度；

单线程事件循环模型有效避免了上下文切换和锁竞争，保障了操作的原子性与系统稳定性；

简洁高效的数据结构（如字符串、哈希、集合、有序集合等）配合高度优化的算法，极大提升了数据处理效率；

同时，灵活的持久化机制（RDB 和 AOF）在保证高性能的同时，兼顾了一定程度的数据持久性与恢复能力。

得益于这些特性，Redis 能够轻松支持每秒数十万次的并发操作，成为高并发、低延迟应用场景的理想选择。无论是在提升系统响应速度的缓存层，还是在实时计数、排行榜、任务队列、消息通信等场景中，Redis 都展现出强大的适用性和稳定性。

对于正在构建高性能、高并发应用的开发者而言，Redis 不仅是一个功能强大的工具，更是一种提升系统整体性能的关键技术支撑，无疑是架构设计中极具价值的组件之一。

附上部分Redis高频面试题：

• redis是什么? Redis架构是怎么样的？怎么设计redis？

• RDB是什么，AOF是什么？RDB和AOF的区别是什么？

• Redis有什么作用？

• Redis为什么要单线程？

• Redis的持久化机制是怎么样的？

• Redis支持String，List，Set，Zset

• Redis支持哪些数据类型？

• Redis是单线程吗？

• Redis缓存过期策略

• Redis缓存淘汰策略

• 缓存过期策略和缓存淘汰策略的区别是什么？

• LRU是什么？

• Redis-cli是什么？

• Redis通信协议是怎么样的？

• Redis的协议格式是怎么样的？

• 为什么Redis不用HTTP？

• RedisJson是什么？

• RediSearch是什么？

• RediTImeSeries是什么？

• RedisGraph是什么？

• Redis的高可用，高性能怎么做？

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