Redis到底怎么跑起来的？揭秘那些让它快到飞起的底层逻辑和技巧

Redis之所以能快到飞起，绝不是偶然，而是其设计者在每一个关键环节都做了精心的选择和优化，咱们就抛开那些难懂的专业术语，像剥洋葱一样,一层层看看它到底是怎么跑起来的。

第一层：把家安在内存里——速度的基石

这其实是Redis最快最根本的原因，简单到令人发指，想象一下，你去图书馆找一本书，如果这本书就放在你手边的书桌上（内存），你伸手就能拿到，但如果这本书存放在图书馆地下三层的密集书库里（硬盘），你就得先申请，然后等管理员花时间下去找，再给你送上来，这个等待的时间差,可能就是几千甚至几万倍。

Redis选择把所有数据都放在内存（RAM）里操作，就是选择了“伸手就拿”的极致速度，内存的读写速度是纳秒级别的，而硬盘（即使是SSD）是毫秒级别的，这根本不是一个量级的较量，根据Redis官方文档（Antirez在《Redis宣言》中的阐述），他们坚信内存的成本在不断下降，而数据的价值在不断提升，用内存换取极致的性能是完全值得的，任何试图在磁盘上运行的数据库，在纯粹的速度上,先天就无法与基于内存的Redis竞争。

第二层：单线程干活——意想不到的利大于弊

很多人一听“单线程”就觉得它落后，会慢，但Redis的单线程设计，恰恰是保证其高性能和简单性的一个妙招，你可以把Redis想象成一个非常高效的、只有一个窗口的银行柜台，这个柜员（主线程）业务能力超强,处理一笔业务的速度极快。

单线程的好处是什么呢？

1. 省去了“锁”的烦恼：如果是多线程，多个柜员同时操作同一个客户的账户，就得互相协调，比如用“锁”来保证不会算错钱，这个加锁、解锁的过程本身就有开销，而且搞不好还会发生“死锁”（几个柜员互相等着，谁都干不了活），单线程根本不存在这个问题，所有操作都是排着队一个一个来,天然就是线程安全的。
2. 避免了CPU切换的消耗：多线程在单核CPU上运行需要频繁切换，这个切换动作（上下文切换）本身也要消耗CPU资源，单线程就没这个开销,可以心无旁骛地干活。

这个设计有个前提：每个业务必须处理得飞快，不能有慢操作堵住后面所有人，所以Redis要求所有操作都是原子性的，并且要避免那些耗时很长的命令，那有人会问，现在都是多核CPU，单线程不是浪费吗？Redis在后续版本也做了优化，比如用额外的线程去处理一些耗时的后台任务（比如持久化、大键删除），但最核心的接收命令、执行命令、返回结果这个流程，依然是由那个最强悍的单线程柜员负责,以保证全局的简单和高效。

第三层：高效的数据组织——“巧妇”的秘诀

Redis快，还因为它是个“巧妇”，它用了特别适合内存的数据结构来存储数据，它不仅仅是简单的key-value存储，它的value可以是多种类型，比如String（字符串）、List（列表）、Hash（哈希字典）、Set（集合）等。

这些数据结构在底层实现上非常精炼，比如它的Hash类型，在数据量小的时候，采用的是类似数组的ziplist（压缩列表） 结构，这种结构将所有数据和键值紧挨着存放，能极大地减少内存占用，因为内存不仅贵，而且容量有限，减少内存使用意味着可以在同样的内存里放下更多数据，并且减少访问内存的次数（CPU缓存命中率更高），这反过来又提升了速度，只有数据量变大时，它才会转换成更适用于大量数据的哈希表，这种灵活的结构选择,确保了在任何场景下都能保持高效。

第四层：持久化的智慧——鱼与熊掌兼得

数据全放在内存里，万一服务器断电了，数据不就全没了吗？Redis当然考虑了这一点，它提供了两种主要的持久化机制,相当于给内存中的数据拍照存档。

• RDB（快照）：就像给数据库拍一张全景照片，在特定时间点，Redis会fork出一个子进程，将当前内存中的数据完整地写入一个压缩过的二进制文件，这个方式恢复数据很快，文件也小,但缺点是可能会丢失最后一次快照之后的数据。
• AOF（追加日志）：就像记日记，把每一个写命令都记录在一个文件里，当Redis重启时，重新执行一遍日记里的所有命令，就能恢复数据，这种方式数据安全性高，最多丢失一秒的数据，但日志文件会越来越大,恢复速度也慢。

Redis允许你同时使用两者，用AOF来保证数据安全，用RDB来方便备份和快速恢复，为了解决AOF文件过大的问题，Redis会定期进行AOF重写，也就是根据当前内存中的数据，重新生成一个最精简的AOF日志,去掉中间多余的操作命令。

第五层：网络的极致利用——单线程的完美搭档

Redis使用了I/O多路复用技术，这听起来复杂，但理解起来不难，还是那个银行柜员的例子，单线程柜员怎么知道哪个客户先来呢？他不需要主动去问，而是有一个叫“叫号器”（多路复用器，如epoll）的帮手，这个帮手会帮他盯着所有来办理业务的人（网络连接），当某个人准备好要办业务时（数据就绪），叫号器才通知柜员来处理，这样，一个柜员就能同时应对成百上千的客户，而不会傻等着某一个人，这使得Redis的单线程模型在网络I/O这个最容易阻塞的环节上,依然能保持极高的吞吐量。

Redis的快是一个系统工程的结果：内存作为主战场提供了基础速度，单线程模型避免了内部竞争带来的损耗，精妙的数据结构提升了内存和CPU的利用效率，灵活的持久化方案在速度和数据安全间取得了平衡，而I/O多路复用则让单线程能高效地处理海量网络连接，这些设计环环相扣,共同造就了Redis这个速度传奇。