Redis内部设计那些事儿，还有性能到底咋样聊聊吧

说到Redis,咱们可以把它想象成一个超级厉害、记性特别好的“闪电侠”小管家，它的活儿就是帮你存东西、取东西，速度飞快，那它为啥能这么快？肚子里到底是咋设计的？今天咱就掰开揉碎了聊聊这些事儿。

第一，内存是王道，但不止于此。

Redis最快最核心的一点,就是它把所有数据都放在服务器的内存里，这就像你把最常用的工具都放在手边的桌面上，而不是锁在远处的柜子里，拿起来当然快，磁盘读写跟内存读写比起来，速度差着成百上千倍呢，Redis主打内存操作，这是它高性能的基石。

但光靠内存还不够,如果每次只能干一件事，来个100个客人点菜，小管家也得一个一个来，那肯定快不了，Redis用了单线程来处理客户端的命令，你可能会奇怪，单线程不是更容易堵车吗？这里有个精妙之处：Redis的设计者发现，对于内存操作来说，真正的性能瓶颈往往不是CPU，而是复杂的上下文切换和锁竞争，如果搞成多线程，多个线程争抢着修改同一块内存数据，为了保证不出错，就得加锁，一加锁线程就得等，反而把简单事情复杂化了。

Redis干脆就用一个主力线程,像高速公路上的单车道一样，所有命令排好队，这个线程心无旁骛、极其高效地一个一个处理，这样，就完全避免了锁的开销，那它怎么应对海量连接呢？它用了I/O多路复用技术，这个名词听起来唬人，其实可以理解为这个小管家有个“顺风耳”和“千里眼”，他不用一个个去问每个客人“你要点菜吗？”，而是搬个凳子坐在大厅中央，同时监听所有客人的动静（网络连接），哪个客人一开口（数据准备好了），他马上就过去处理，这样，一个线程就能轻松管理成千上万个网络连接，既简单又高效，这个设计思想在Unix系统里很常见，像Nginx也是这个路子。（这个I/O多路复用的思想，在《Redis设计与实现》这本书里有很详细的阐述，被认为是Redis高并发的关键技术之一）。

第二，肚子里装的货，结构很讲究。

Redis不像传统数据库只有表啊行啊这种死板的结构,它提供了好几种灵活的“数据结构”，让你存东西的时候可以“看菜下饭”。

• String（字符串）：最简单的，存个用户名、计数器啥的。
• List（列表）：像个排队通道，可以做消息队列，先进先出。
• Hash（哈希）：像一张表单，可以存一个对象的多个字段，比如一个用户的姓名、年龄、邮箱，一次就能取整个对象。
• Set（集合）：自动去重，可以用来存共同好友、标签系统。
• Sorted Set（有序集合）：带分数的集合，能按分数排序，排行榜功能就是用它做的。

关键是,这些数据结构在Redis内部都不是随便存存的，每一种都有其非常高效的底层实现，比如String，不光能存文本，还能存整数、浮点数，并且针对整数有一些特别的优化，再比如Hash，在字段比较少的时候，会用一种更紧凑的ziplist（压缩列表） 方式来存储，能极大地节省内存，只有当数据量变大时，才会转成标准的哈希表，这种“因地制宜”的存储方式，目的就是在保证速度的同时，尽可能地“抠”内存。（关于这些数据结构的内部实现细节，包括ziplist和哈希表的转换阈值，在Redis的官方文档中有明确的说明）。

第三，持久化：如何把记忆写进日记。

数据全放内存里,一断电不就全没了吗？Redis当然考虑了这点，它提供了两种“写日记”的方式，把内存里的数据备份到硬盘上，这叫持久化。

• RDB（快照）：相当于在某个时间点，给整个数据库拍一张全景照片，然后存成一个文件，恢复的时候，直接把这个照片读进内存就行，非常快，缺点是两次拍照之间的数据可能会丢失。
• AOF（追加日志）：相当于把每一次写操作命令都记下来，像写日记一样，恢复的时候，把日记里的命令重新执行一遍，这样数据更安全，丢的少，但日记文件会越来越大，恢复起来也比RDB慢。

通常生产环境会把两者结合使用,用AOF来保证数据安全，定期用RDB来做个快照，方便备份和快速恢复。

那Redis的性能到底咋样？

这么说吧,在普通的单机服务器上，如果只是简单的读写操作（比如GET、SET），Redis轻松能达到每秒几十万甚至上百万的QPS（每秒查询数），这个性能是非常恐怖的，远超绝大多数关系型数据库。

性能不是无限的，有几个关键点要注意：

1. 别用复杂命令：像KEYS *这种命令，会扫描所有键，在生产环境用简直就是灾难，会直接卡死整个服务，要用SCAN命令代替。
2. 警惕大Key：如果一个Value特别大，比如一个List里存了几十万个元素，网络传输和序列化都会很耗时，会拖慢其他请求，要把大Key拆小。
3. 做好监控：要监控内存使用情况，别等内存用满了才处理，那样会触发淘汰机制甚至写不进数据。
4. 网络是瓶颈：当QPS真的非常高时，瓶颈往往不在Redis本身，而是在网络带宽上，这时候就需要考虑集群方案了，把数据分片到多台机器上。

Redis的快,是“内存存储 + 单线程无锁设计 + I/O多路复用 + 高效数据结构”组合拳的结果，它就像一个精心设计的超级流水线，每个环节都为了极致速度而优化，用它的时候，你也要了解它的脾气，避开那些坑，才能让它真正为你发挥出闪电般的性能。