Redis怎么做到线性执行，性能提升到底有多明显呢？

关于Redis如何做到线性执行以及其性能提升的效果，我们需要从它的核心设计理念说起，简单来讲，Redis之所以能拥有极高的处理速度，很大程度上是因为它采用了单线程事件循环的架构，这个说法听起来可能有点矛盾，单线程怎么反而性能高呢？这就要深入理解“线性执行”的含义了。

Redis的“线性执行”是如何实现的？

这里的“线性执行”主要指Redis在处理客户端的命令时，是严格按照接收到的顺序，一个一个来执行的，这就像一个只有一个收银员的超市，顾客（客户端请求）排成一条队，收银员（Redis主线程）依次为每位顾客结账（执行命令），这个过程中，不会出现多个收银员同时工作导致的混乱，比如抢着处理同一件商品（数据竞争）或者需要复杂的协调沟通（锁开销）。

Redis通过一个叫做I/O多路复用的技术来实现高效的单线程模型（来源：Redis官方文档《Redis persistence demystified》及多位核心开发者的技术分享），这个技术可以理解为那个收银员拥有一种超能力：他不用一直盯着队伍的前一个人，而是可以同时关注多个通道的来客情况，当没有顾客结账时，他处于等待状态，一旦有任何一位顾客（一个网络连接）有需求（发出了命令请求），他就能立刻感知到,然后开始处理。

这个处理过程是严格串行的：

1. 读取命令：从网络连接中读取客户端发来的命令。
2. 执行命令：在内存中执行这个命令，比如SET一个键值对，或者GET一个值。
3. 返回结果：将执行结果写回给客户端。

关键在于，步骤2——命令的执行——是绝对单线程的，无论有多少个客户端同时连接，所有命令的执行都必须在这个唯一的线程中排队完成，这就保证了对于存储在Redis内的任何一块数据，同一时刻只有一个操作在进行，彻底避免了多线程编程中令人头疼的竞态条件问题，也就不需要用到各种复杂的锁（如互斥锁、读写锁），没有锁,就意味着不会出现线程因为等待锁而导致的性能损耗和死锁风险。

性能提升到底有多明显？

这种看似“落后”的单线程模型，性能优势究竟有多大呢？我们可以从以下几个角度来感受：

1. 极致的速度与可预测的延迟：由于完全避免了锁竞争，Redis命令的执行时间变得非常稳定和可预测，对于一个简单的GET或SET操作，即使在极高的并发压力下，其响应时间也能保持在微秒级别，根据Redis官方的基准测试和一些公开的技术博客（如Antirez的博客）数据显示，在普通的Linux服务器上，单实例Redis可以轻松达到每秒处理数十万次甚至百万次的QPS（每秒查询率）,这种性能水平对于绝大多数应用场景来说已经是绰绰有余。

   

2. 避免了多线程的固有开销：多线程虽然能利用多核CPU，但线程之间的上下文切换（CPU从一个线程切换到另一个线程工作）本身就需要消耗宝贵的CPU时间和内存资源，当线程数量非常多时，这种切换开销会变得非常显著，Redis的单线程模型完美地避开了这个“坑”，将CPU的计算能力几乎全部用在了处理业务命令上,而不是浪费在内部的管理和调度上。

3. 与内存操作的匹配：Redis的数据全部放在内存中，内存的读写速度极快（纳秒级），在这种情况下，操作的瓶颈往往不在于CPU的计算能力，而在于内存访问速度和系统I/O，单线程顺序处理命令，使得CPU缓存（L1/L2/L3 Cache）的利用率非常高，因为连续执行的数据很可能还留在高速缓存中，这进一步加快了访问速度，如果采用多线程频繁切换，反而会导致缓存频繁失效,降低效率。

需要澄清的误区与补充

说Redis是“单线程”是一种简化说法，并不完全准确，从Redis 4.0版本开始，为了提升效率，它就在一些非关键路径上引入了多线程：

• 后台删除：当执行DEL删除一个非常大的键（如一个包含百万元素的集合）时，如果放在主线程执行，会阻塞后续所有命令，现在这个耗时的删除操作可以交给后台线程异步处理,不影响主线程响应其他请求。
• 异步持久化：在执行RDB快照或AOF重写时，生成快照文件或重写AOF日志的繁重I/O操作也由子进程或后台线程负责,主线程继续提供服务。
• 网络I/O多线程化（Redis 6.0+）：Redis 6.0的一个重要新特性是引入了多线程网络I/O，但这并没有改变命令执行的核心仍然是单线程的本质，它只是将读取客户端请求数据和将响应数据发回给客户端这两个最耗时的网络I/O操作，交给了多个I/O线程并行处理，而命令的解析和执行依然由主线程串行完成，这就像是给那个唯一的收银员配了几个助手，助手们负责帮顾客把商品从篮子里拿到柜台（读请求），以及把装好的袋子递给顾客（写响应），而真正的扫码、收款、装袋（执行命令）还是由收银员一人负责，这样一来，收银员的效率更高了，但核心工作流程的“线性”特性得以保留。

总结一下，Redis通过单线程事件循环模型实现了命令的线性执行，其带来的性能提升是革命性的，它通过牺牲在多核CPU上并行处理命令的能力，换来了无锁设计下的极低延迟、高吞吐量以及惊人的稳定性，这种设计选择非常适合Redis作为内存型数据存储的定位，使其成为高性能缓存、消息队列和实时排行榜等场景的不二之选，其性能提升的明显程度，可以从它能够以单核处理能力支撑起每秒数十万次操作这一事实中,得到最直观的体现。