【原理分析】Redis为什么这么快？

上来就先来一张图，很快啊，马上就就能看懂

一、线程模型 / 网络层（单线程 + I/O 多路复用）

Redis 的“快”，首先体现在其极简高效的网络处理架构上。

1. Redis 核心特性：单线程模型

优势：
- 避免多线程资源竞争、锁开销、上下文切换。
- 基于内存操作，指令流水线效率高，缓存局部性好。
- 在高并发下仍能保持稳定吞吐量。

注意：Redis 的“单线程”指的是命令执行是单线程串行处理，而非所有操作都单线程。

2. I/O 多路复用（核心支撑高并发）

定义：

多路指多个网络连接；复用指使用同一个线程处理多个连接。操作系统提供机制，允许一个线程监听多个文件描述符（如 Socket），当某个可读/可写时通知线程处理。
Redis 实现方式：
- Linux：epoll
- macOS/BSD：kqueue
- 跨平台兼容：select / poll（性能较差，仅作兜底）
作用：
- 单线程可同时服务成千上万客户端连接。
- 避免阻塞等待，CPU 利用率高。

3. 事件驱动架构（Reactor 模式）

工作原理：

CPU 只在有任务时才工作 —— 通过 I/O 多路复用监听客户端连接与读写事件，只有当请求到达或可写时才触发回调函数处理。
优势：
- 避免轮询空转，提高 CPU 利用率。
- 所有操作注册在事件循环中，逻辑清晰、响应及时。

4. “伪”单线程架构（Redis 4.0+ / 6.0+ 引入异步/多线程）

Redis 并非完全单线程，而是主命令执行单线程 + 后台任务/网络 I/O 多线程。

Redis 4.0+ 引入：

UNLINK 命令：异步删除大 key，避免阻塞主线程。
AOF 重写、RDB 快照：子进程执行（fork），不影响主线程。

Redis 6.0+ 引入：

多线程 I/O（默认关闭）：
- 仅用于网络读写阶段（read/write client socket）。
- 命令解析、执行、数据操作仍由主线程完成，保证原子性和一致性。
- 配置参数：
  1
  2
  io-threads-do-reads yes io-threads 4
适用场景：
- 高并发、大流量环境（如千兆网卡），可提升 2~3 倍吞吐量。
- 小并发下建议关闭，避免线程切换开销。

二、高效的数据结构（Redis 性能之魂）

Redis 的“快”，本质源于其为每种数据类型精心设计的底层数据结构。这些结构在空间、时间复杂度上做了极致优化，并支持自动切换，用户无感知。

1. String 类型

编码方式	适用场景	特点
`embstr`	小字符串（≤44 字节）	分配在一块连续内存，零拷贝、内存紧凑
`raw`	大字符串	独立分配内存，支持任意长度
`int`	纯数字字符串	直接存储整数，避免字符串解析，加速 INCR/DECR

优势：小字符串高效，数字操作无解析开销。

2. Hash 类型

编码方式	适用场景	特点
`ziplist`	元素少、key/value 短	内存紧凑，连续存储，节省空间
`hashtable`	元素多或 value 长	O(1) 查找，适合大数据量

自动转换配置：

1 2	`hash-max-ziplist-entries 512 hash-max-ziplist-value 64`

优势：小 hash 内存占用比 hashtable 小 50% 以上。

3. List 类型

编码方式	适用场景	特点
`ziplist`	元素少、value 短	内存紧凑
`linkedlist`	元素多	双向链表，O(1) 头尾插入
`quicklist`（推荐）	所有场景	ziplist 的链表组合，兼顾内存与速度

quicklist 优势：

每个节点是一个 ziplist，控制大小（默认 8KB），避免复制开销。
支持 O(1) 头尾操作，O(n) 中间查找（但实际很少用）。

配置：

1 2	`list-max-ziplist-size -2 list-compress-depth 0`

4. Set 类型

编码方式	适用场景	特点
`intset`	全是整数、元素少	内存紧凑，支持二分查找 O(log n)
`hashtable`	含非整数或元素多	O(1) 查找

自动转换配置：

1	`set-max-intset-entries 512`

优势：整数集合内存节省 3~5 倍，查询高效。

5. ZSet（有序集合）

编码方式	适用场景	特点
`ziplist`	元素少、score/member 短	内存紧凑
`skiplist + dict`	元素多	跳表支持 O(log n) 插入/删除/范围查询，哈希表支持 O(1) 按 member 查 score

为什么用跳表？

实现简单，无需 B+ 树复杂的平衡操作。
支持高效范围查询（ZRANGE）。
与哈希表结合，满足多种访问模式。

配置：

1 2	`zset-max-ziplist-entries 128 zset-max-ziplist-value 64`

三、内存与协议优化

Redis 的“快”，还体现在其纯内存操作 + 零拷贝优化 + 协议简洁。

1. 默认无磁盘 I/O，均在内存操作

所有数据存储在内存，读写速度极快。
持久化（RDB/AOF）是后台异步进行，不影响主线程。

* 2. 协议简洁（RESP 协议）

客户端与服务器通信使用 RESP（REdis Serialization Protocol），文本协议，解析简单。
命令格式统一
解析速度快，无复杂序列化开销。