众所周知，Redis 是一个单线程架构的 NoSQL 数据库，但是是单线程模型的 Redis 为什么性能如此之高?这就是我们接下来要探究学习的内容。

1、Redis 的单线程架构

1.1、Redis 单线程简介

首先要明白，Redis 的单线程指的是执行命令时的单线程。

Redis 客户端与服务端的模型可以简化成下图，每次客户端调用都经历了发送命令、执行命令、返回结果三个过程。

我们说的单线程就是在第二步执行命令，一条命令从从客户端达到服务端不会立刻被执行，而是会进入一个队列中等待，每次只会有一条指令被选中执行。

发送命令、返回结果、命令排队这些就不是那么简单了，例如 Redis 使用了 I/O 多路复用技术来解决 I/O 的问题。

1.2、Redis 为什么要使用单线程

这是官方的解释：

官方 FAQ 表示，因为 Redis 是基于内存的操作，CPU 成为 Redis 的瓶颈的情况很少见，Redis 的瓶颈最有可能是内存的大小或者网络限制。

如果想要最大程度利用 CPU，可以在一台机器上启动多个 Redis 实例。

值得一提的，网络上存在这样的观点：吐槽官方的解释有些敷衍，其实就是历史原因，开发者嫌多线程麻烦，后来这个 CPU 的利用问题就被抛给了使用者。

同时 FAQ 里还提到了， Redis 4.0 之后开始变成多线程，除了主线程外，它也有后台线程在处理一些较为缓慢的操作，例如清理脏数据、无用连接的释放、大 Key 的删除等等。

1.3、为什么单线程还能这么快

通常来讲，单线程处理能力要比多线程差，那么为什么 Redis 使用单线程模型会达到每秒万级别的处理能力呢？可以将其归结为三点：

1.第一：纯内存访问，Redis 将所有数据放在内存中，内存的响应时长大约为 100 纳秒，这是 Redis 达到每秒万级别访问的最重要的基础。

2.第二：非阻塞 I/O，Redis 使用 epoll 作为 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、关闭都转换为事件，不在网络 I/O 上浪费过多的时间

这里再扩展一下 I/O 多路复用：

引用知乎上一个高赞的回答来解释什么是 I/O 多路复用。假设你是一个老师，让 30 个学生解答一道题目，然后检查学生做得是否正确，你有下面几个选择：

1.第一种选择：按顺序逐个检查，先检查 A，然后是 B，之后是 C、D。。。这中间如果有一个学生卡主，全班都会被耽误。这种模式就好比，你用循环挨个处理 socket，根本不具有并发能力。

2.第二种选择：你创建 30 个分身，每个分身检查一个学生的答案是否正确。 这种类似于为每一个用户创建一个进程或者线程处理连接。

3.第三种选择，你站在讲台上等，谁解答完谁举手。这时 C、D 举手，表示他们解答问题完毕，你下去依次检查 C、D 的答案，然后继续回到讲台上等。此时 E、A 又举手，然后去处理 E 和 A。

第一种就是阻塞 IO 模型，第三种就是 I/O 复用模型，Linux 下的 select、poll 和 epoll 就是干这个的。将用户 socket 对应的 fd 注册进 epoll，然后 epoll 帮你监听哪些 socket 上有消息到达，这样就避免了大量的无用操作。此时的 socket 应该采用非阻塞模式。

这样，整个过程只在调用 select、poll、epoll 这些调用的时候才会阻塞，收发客户消息是不会阻塞的，整个进程或者线程就被充分利用起来，这就是事件驱动，所谓的 reactor 模式。

第三：单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗。

我们继续来看 Redis 单线程却很快的最后一条原因，在多线程开发中，存在线程的切换和竞争，这样一来，是有时间的消耗的。对于需要磁盘 I/O 的程序来讲，磁盘 I/O 是一个比较耗时的操作，所以对于需要进行磁盘 I/O 的程序，我们可以使用多线程，在某个线程进行 I/O 时，CPU 切换到当前程序的其他线程执行，以此减少 CPU 的等待时间。

那么问题来了。Redis 的数据存放在内存中，将内存中的数据读入 CPU 时，CPU 不是依然需要等待吗，为什么不能在等待数据从内存读入 CPU 期间执行其他线程，以此提高 CPU 的使用率呢？这个问题的答案很单，内存的读写速度虽然比 CPU 慢很多，但是也是非常快的。CPU 切换线程需要花费一定的时间，而多次切换线程所花费的时间，可能比直接使用单线程执行相同的任务，花费的时间要更多，这是非常不划算的。

单线程也会有一个问题：对于每个命令的执行时间是有要求的。如果某个命令执行过长，会造成其他命令的阻塞，对于 Redis 这种高性能的服务来说是致命的，所以 Redis 是面向快速执行场景的数据库。

2、支持多线程的 Redis6.0

“Redis 不是单线程吗？怎么又支持多线程了？”

相信学到了这里，这已经不是一个问题了。

Redis6.0 引入了多线程的特性，这个多线程是在哪里呢？——是对处理网络请求过程采用了多线程。

Redis 6.0 采用多个 IO 线程来处理网络请求，网络请求的解析可以由其他线程完成，然后把解析后的请求交由主线程进行实际的内存读写。提升网络请求处理的并行度，进而提升整体性能。

那么多并发的线程安全问题存在吗？——当然不存在。

Redis 得多 IO 线程只是用来处理网络请求的，对于命令的执行，Redis 仍然使用单线程来处理。