为什么Redis单线程却能支撑高并发？

一、为什么Redis单线程却能支撑高并发？
Redis 和 memcached 有什么区别？Redis 的线程模型是什么？为什么 Redis 单线程却能支撑高并发？

这个是问 Redis 的时候，最基本的问题吧，Redis 最基本的一个内部原理和特点，就是 Redis 实际上是个单线程工作模型，你要是这个都不知道，那后面玩儿 Redis 的时候，出了问题岂不是什么都不知道？

还有可能面试官会问问你 Redis 和 memcached 的区别，但是 memcached 是早些年各大互联网公司常用的缓存方案，但是现在近几年基本都是 Redis ，没什么公司用 memcached 了。

Redis 和 memcached 有啥区别？

存储方式：memcached 把数据全部存在内存之中，断电后会挂掉，数据不能超过内存大小。 Redis 有部分存在硬盘上，这样能保证数据的持久性。
数据支持类型： memcached 对数据类型支持相对简单。 Redis 有复杂的数据类型。
底层模型： 它们之间底层实现方式以及与客户端之间通信的应用协议不一样。 Redis 直接自己构建了 VM 机制 ，因为一般的系统调用系统函数的话，会浪费一定的时间去移动和请求。
Redis 相比 memcached 来说，拥有更多的数据结构，能支持更丰富的数据操作。如果需要缓存能够支持更复杂的结构和操作， Redis 会是不错的选择。

Redis 原生支持集群模式
在 redis3.x 版本中，便能支持 cluster 模式，而 memcached 没有原生的集群模式，需要依靠客户端来实现往集群中分片写入数据。

性能对比
由于 Redis 只使用单核，而 memcached 可以使用多核，所以平均每一个核上 Redis 在存储小数据时比 memcached 性能更高。而在 100k 以上的数据中，memcached 性能要高于 redis，虽然 Redis 最近也在存储大数据的性能上进行优化，但是比起 memcached，还是稍有逊色。

redis 的线程模型
Redis客户端对服务端的每次调用都经历了发送命令，执行命令，返回结果三个过程。其中执行命令阶段，由于Redis是单线程来处理命令的，所以每一条到达服务端的命令不会立刻执行，所有的命令都会进入一个队列中，然后逐个被执行。并且多个客户端发送的命令的执行顺序是不确定的。但是可以确定的是不会有两条命令被同时执行，不会产生并发问题，这就是Redis的单线程基本模型。

Redis 内部使用文件事件处理器（file event handler），这个文件事件处理器是单线程的，所以 Redis 才叫做单线程的模型。也就是说Redis 的单线程指的是执行 Redis 命令的核心模块是单线程的，而不是整个 Redis 实例就一个线程，Redis 其他模块还有各自模块的线程的，Redis 4.0 开始就有多线程的概念了，比如 Redis 通过多线程方式在后台删除对象、以及通过 Redis 模块实现的阻塞命令等。Redis 采用 IO 多路复用机制同时监听多个 socket，根据 socket 上的事件来选择对应的事件处理器进行处理。

文件事件处理器的结构包含 4 个部分： 多个 socket、IO 多路复用程序、文件事件分派器、事件处理器（连接应答处理器、命令请求处理器、命令回复处理器）
多个 socket 可能会并发产生不同的操作，每个操作对应不同的文件事件，但是 IO 多路复用程序会监听多个 socket，会将 socket 产生的事件放入队列中排队，事件分派器每次从队列中取出一个事件，把该事件交给对应的事件处理器进行处理。

来看客户端与 Redis 的一次通信过程：

客户端 socket01 向 Redis 的 server socket 请求建立连接，此时 server socket 会产生一个 AE_READABLE 事件，IO 多路复用程序监听到 server socket 产生的事件后，将该事件压入队列中。文件事件分派器从队列中获取该事件，交给连接应答处理器。连接应答处理器会创建一个能与客户端通信的 socket01，并将该 socket01 的 AE_READABLE 事件与命令请求处理器关联。

假设此时客户端发送了一个 set key value 请求，此时 Redis 中的 socket01 会产生 AE_READABLE 事件，IO 多路复用程序将事件压入队列，此时事件分派器从队列中获取到该事件，由于前面 socket01 的 AE_READABLE 事件已经与命令请求处理器关联，因此事件分派器将事件交给命令请求处理器来处理。命令请求处理器读取 socket01 的 key value 并在自己内存中完成 key value 的设置。操作完成后，它会将 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器关联。

如果此时客户端准备好接收返回结果了，那么 Redis 中的 socket01 会产生一个 AE_WRITABLE 事件，同样压入队列中，事件分派器找到相关联的命令回复处理器，由命令回复处理器对 socket01 输入本次操作的一个结果，比如 ok，之后解除 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器的关联。

这样便完成了一次通信。

为啥 Redis 单线程模型也能效率这么高？总结起来就是以下几点：

纯内存访问：数据存放在内存中，内存的响应时间大约是100纳秒，这是Redis每秒万亿级别访问的重要基础。
非阻塞I/O：Redis采用epoll做为I/O多路复用技术的实现，再加上Redis自身的事件处理模型将epoll中的连接，读写，关闭都转换为了事件，不在I/O上浪费过多的时间。
单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗。