Redis单线程
我们通常说，Redis是单线程，主要是指Redis的网络I/O和键值读写的是由一个线程来完成的。其他数据持久化、集群数据同步、异步删除等，其实是由额外线程来完成的。
所以，严格来说，Redis 并不是单线程，但是我们一般把 Redis 称为单线程高性能。接下来，会把 Redis 称为单线程模式。我们会想到：“为什么用单线程？为什么单线程能这么快？
要弄明白这个问题，我们就要深入地学习下 Redis 的单线程设计机制以及多路复用机制。之后你在调优 Redis 性能时，也能更有针对性地避免会导致 Redis 单线程阻塞的操作，例如执行复杂度高的命令。
Redis 为什么用单线程？
要更好地理解 Redis 为什么用单线程，我们就要先了解多线程的开销。
多线程的开销
在日常写程序时，我们通常回听到使用多线程会增加系统的吞吐率，或者可以增加系统的扩展性。确实对于一个多线程的系统，在合理的分配系统资源的情况下，可以增加系统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。以下左图是我们期望的效果。
但是，在通常情况下，在我们采用多线程后，如果没有精细的系统设计，实际得到的效果却不尽人意。在开始增加线程数的时候，系统的吞吐率会提升，在进一步增加线程数的时候，系统的吞吐率提升就缓慢了，有时甚至出现下降的情况。
为什么会出现这个问题，因为在多线程的系统中，当出现多个线程同时需要访问共享资源的时候，比如一个共享的数据结构。当有多个线程需要修改这个共享资源时，为了保证共享资源的正确性，就需要额外的机制去保证，而这个额外的机制就会带来额外的系统开销。多线程会面临共享资源的并发访问控制问题。
单线程 Redis 为什么那么快？
通常来说，单线程的处理能力要比多线程差得多，但是Redis为什么能够使用单线程达到每秒数十万级别的处理能力呢？其实，时Redis多方面设计的一个综合结果。
一方面，Redis的操作都在内存中完成，再加上它采用了高效的数据结构，例如哈希表和跳表，这是它实现高性能的一个重要原因。另一方面，Redis使用了多路复用机制，使其在网络的IO的时候能够并发处理大量的客户端请求，实现高吞吐率。我们来学习下多路复用机制。
首先，我们要弄明白网络操作的基本 IO 模型和潜在的阻塞点。毕竟，Redis 采用单线程进行 IO，如果线程被阻塞了，就无法进行多路复用了。
基本 IO 模型与阻塞点
这里以具有网络框架的简单键值库为例说明。
以Get请求为例，为了处理一个Get请求，需要先监听客户端请求(bind/listen)，建立客户端连接(accept)，解析客户端请求(parse)，根据请求模型获取键值数据(get),最后给客户端返回结果，即向socket中写回数据(send)。
下图展示了这一过程，其中，bind/listen、accept、parse和send都属于网络I/O处理，而get数据键值数据操作。既然Redis是单线程，最基本的一种实现是在一个线程中依次执行上面说的这些操作。
但是，在这里的网络 IO 操作中，有潜在的阻塞点，分别是 accept() 和 recv()。当 Redis 监听到一个客户端有连接请求，但一直未能成功建立起连接时，会阻塞在 accept() 函数这里，导致其他客户端无法和 Redis 建立连接。类似的，当 Redis 通过 recv() 从一个客户端读取数据时，如果数据一直没有到达，Redis 也会一直阻塞在 recv()。
这就导致 Redis 整个线程阻塞，无法处理其他客户端请求，效率很低。不过，幸运的是，socket 网络模型本身支持非阻塞模式。
非阻塞模式
Socket 网络模型的非阻塞模式设置，主要体现在三个关键的函数调用上，如果想要使用 socket 非阻塞模式，就必须要了解这三个函数的调用返回类型和设置模式。接下来，我们就重点学习下它们。
在Socket模型中，不同的操作回调用后回返回不同的套接字类型。socket()方法会返回主动套接字，然后返回listen()方法，将主动套接字转化为监听套接字，此时，可以监听来自客户端的连接请求。最后，调用accept()方法接收到达的客户端连接，并返回已连接套接字。
针对监听套接字，我们可以设置非阻塞模式：当Redis调用accpet()但一直未有连接请求到达时，Redis线程可以返回处理其他操作，而不用一直等待。但是，需要我们注意的是，调用accept()时，已经存在监听套接字了。
虽然Redis线程可以不用继续等待，但是总得有机制继续在监听套接字上等待后续连接请求，并在有请求得时候通知Redis。
类似的，我们也可以针对已连接套接字设置非阻塞模式：Redis调用recv()后，如果已连接套接字上一直没有数据到达，Redis线程同样可以返回处理其他操作。我们也需要有机制继续监听改已连接套接字，并在有数据到达时通知Redis。
这样才能保证Redis线程，既不会像基本IO模型中一直在阻塞点等待，也不会导致Redis无法处理实际到达得连接请求或数据，至此，Linux中得IO多路复用机制就要登场了。
基于多路复用的高性能 I/O 模型
Linux中得IO多路复用机制是指一个线程处理多个IO流，就是我们经常听到得select/epoll机制。简单来说，在Redis只允许单线程的情况下，该机制允许内核中，同时存在多个监听套接字和已连接套接字。内核会一直监听这些套接字上的连接请求或数据请求。一旦有请求到达，就会交给Redis线程处理，这就实现了一个Redis线程处理多个IO流的效果。
下图就是基于多路复用的 Redis IO 模型。图中的多个 FD 就是刚才所说的多个套接字。Redis 网络框架调用 epoll 机制，让内核监听这些套接字。此时，Redis 线程不会阻塞在某一个特定的监听或已连接套接字上，也就是说，不会阻塞在某一个特定的客户端请求处理上。正因为此，Redis 可以同时和多个客户端连接并处理请求，从而提升并发性。
为了在请求到达时能通知到 Redis 线程，select/epoll 提供了基于事件的回调机制，即针对不同事件的发生，调用相应的处理函数。
那么，回调机制是怎么工作的呢?其实，select/epoll一旦检测到FD上有请求时，就会触发相应的事件。
这些事件会被放入到一个事件队列，Redis单线程对该事件队列不断进行处理。这样依赖，Redis无需一直轮询是否有请求实际发生，这就可以避免造成CPU资源浪费。同时，Redis在对事件队列中的事件进行处理时，会调用相应的处理函数，这就实现了基于事件的回调。因为Redis一直在对事件队列进行处理，所以能及时相应客户端请求，提升Redis的响应性能。
为了方便理解，以连接请求和读数据请求为例，解释：
这两个请求分别对应 Accept 事件和 Read 事件，Redis 分别对这两个事件注册 accept 和 get 回调函数。当 Linux 内核监听到有连接请求或读数据请求时，就会触发 Accept 事件和 Read 事件，此时，内核就会回调 Redis 相应的 accept 和 get 函数进行处理。
小结
今天，本次整理了 Redis 线程的三个问题：“Redis 真的只有单线程吗？”“为什么用单线程？”“单线程为什么这么快？
1、Redis的单线程是指它对网络IO和数据读写的操作采用了一个线程。
2、采用单线程的核心原因就是避免多线程开发的并发控制问题。
3、单线程的Redis也能获得高性能，跟多路复用的 IO 模型密切相关，因为这避免了 accept() 和 send()/recv() 潜在的网络 IO 操作阻塞点。