【面试题】Redis是单线程的为什么那么快_面试问redis单线程为什么速度快

1. 数据在内存中，全部是内存操作

Redis是一个内存数据库，它的数据都存储在内存中，这意味着我们读写数据都是在内存中完成，这个速度是非常快的。

Redis是一个KV内存数据库，它内部构建了一个哈希表，根据指定的KEY访问时，只需要O(1)的时间复杂度就可以找到对应的数据。同时，Redis提供了丰富的数据类型，并使用高效的操作方式进行操作，这些操作都在内存中进行，并不会大量消耗CPU资源，所以速度极快。

HashMap底层查找的时间复杂度？

HashMap的存储结构为数组+链表+红黑树。
理想情况下，哈希不冲突，可以直接找到结果，所以O(1)
在最差的情况下，HashMap保存的数据都在链表中保存，所以需要遍历链表，所以时间复杂度为O(n)。
但是一个好的Hash函数，冲突是比较少的，且HashMap在达到阈值时，还会自动扩展。所以一般情况下，可以认为理想情况下的O(1)就是HashMap查找的时间复杂度。

2. 采用IO多路复用机制

Redis采用单线程，那么它是如何处理多个客户端连接请求呢？

Redis 采用了IO多路复用机制，使其在网络 IO 操作中能并发处理大量的客户端请求，并实现高吞吐率。

那么到底什么是 I/O 多路复用模型，以及在 redis 中怎么实现的。我这里先打几个比方来方便大家理解。

要过年了，老王去火车站买票回家过年，春运期间票不好买，老王买了三天买到了一张退票。这样一个场景老王有三种方式来完成这次买票：
方式一：老王去到火车站售票大厅，在长椅上躺了两夜，终于在第三天等到了一张票，兴高采烈的回家了。（老王在火车站待了三天，其他啥事没干，还耗费了 6 桶泡面一床棉被）
方式二：老王去到火车站售票大厅买票，没买到，之后每天中午再去一次，终于在第三天买到了票。（老王往返车站 6 次，路上耗费了 3 小时，不过这几天其他时间送了三天外卖，又给家里的老婆挣了不少钱）
方式三：老王去到火车站售票大厅买票，没买到，这时候看到一个黄牛在帮别人买票，老王想着还有外卖要送，就让黄牛帮他买，三天后黄牛买到了票通知他下班后来取。（老王往返车站两次，路上耗费 1 小时，给了黄牛 50 块手续费，其他时间送了三天外卖，由于老王临近过年每天都没耽搁的加班送外卖，平台奖励了老王 500 块）

第一种方式就是阻塞 IO 模型，第二种方式就是非阻塞 IO 模型，第三种方式就是 IO 复用模型了。除了老王，老张老李…都找了黄牛买票，这样大家都可以不用跑火车站了，等黄牛消息就行。黄牛帮一个人买是买，帮多个人买也是买，反正都要在这里排队，还能多挣几份钱。老王老张老李的请求，都复用这个黄牛搞定了，老王他们节省了时间和精力干了其他事，黄牛一个人花费了近乎一样的时间和精力赚了多份钱。

3. 单线程模型降低额外开销

避免多线程切换的性能损耗；
避免访问共享资源加锁的性能损耗；

日常写程序时，我们经常会听到一种说法：“使用多线程，可以增加系统吞吐率，或是可以增加系统扩展性。”的确，对于一个多线程的系统来说，在有合理的资源分配的情况下，可以增加系统中处理请求操作的资源实体，进而提升系统能够同时处理的请求数，即吞吐率。下面的左图是我们采用多线程时所期待的结果。

通常情况下，在我们采用多线程后，如果没有良好的系统设计，实际得到的结果，其实是右图所展示的那样。我们刚开始增加线程数时，系统吞吐率会增加，但是，再进一步增加线程时，系统吞吐率就增长迟缓了，有时甚至还会出现下降的情况。

为什么会出现这种情况呢？一个关键的瓶颈在于，系统中通常会存在被多线程同时访问的共享资源，比如一个共享的数据结构。当有多个线程要修改这个共享资源时，为了保证共享资源的正确性，就需要有额外的机制进行保证，而这个额外的机制，就会带来额外的开销。

并发访问控制一直是多线程开发中的一个难点问题，如果没有精细的设计，比如说，只是简单地采用一个粗粒度互斥锁，就会出现不理想的结果：即使增加了线程，大部分线程也在等待获取访问共享资源的互斥锁，并行变串行，系统吞吐率并没有随着线程的增加而增加。而且，采用多线程开发一般会引入同步原语来保护共享资源的并发访问，这也会降低系统代码的易调试性和可维护性。为了避免这些问题，Redis 直接采用了单线程模式。

4. 高效合理的数据结构

Redis 中有多种数据类型，每种数据类型的底层都由一种或多种数据结构来支持，比如跳表、HashMap、压缩列表等。正是因为有了这些不同的数据结构，使得数据存储时间复杂度降到最低，Redis 在存储与读取上的速度才不受阻碍。

总结

Redis使用单线程模型，没有了线程上下文切换和访问共享资源加锁的性能损耗，配合IO多路复用技术，可以完成多个连接的请求处理。而且正是由于它的使用定位是内存数据库，这样几乎所有的操作都在内存中完成，它的性能可以达到非常之高。

5. Redis 6.0 版本为什么又引入了多线程

Redis 的性能瓶颈不在 CPU ，而在内存和网络IO，内存不够可以增加内存或通过数据结构等进行优化；但 Redis 的网络 IO 的读写占用了大部分 CPU 的时间，如果可以把网络处理改成多线程的方式，性能会有很大提升。所以总结下 Redis 6.0 版本引入多线程有两个原因：1. 充分利用服务器的多核资源 2. 多线程分摊 Redis 同步 IO 读写负荷
注意：执行命令还是由单线程顺序执行，只是处理网络数据读写采用了多线程，而且 IO 线程要么同时读 Socket ，要么同时写 Socket ，不会同时读写。

来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/564085399
IO复用例子：https://www.bilibili.com/read/cv18330581