为什么单线程Redis能那么快？

“一直很好奇redis是如何这么快的，怎么还能把它的数据存储在内存之中，难道不怕掉吗？以及内存这么宝贵的东西，redis是怎么利用它的。这些东西都促使着自己去了解redis的底层实现原理。所以在阅读了大量文章后。大概总结了redis的一些底层实现原理。”

1. redis快，一方面，这是因为它是内存数据库，所有操作都在内存上完成，内存的访问速度本身就很快。另一方面，这要归功于它的高效的数据结构。

整个redis都由一个全局哈希表来实现查找。对于string类型，它存储的是单个元素，所以只要查询一次就能找到，也就是哈希表的时间复杂度O（1）
而对于另外四种集合类型，底层是由五种数据结构实现。整数数组、双向链表、哈希表、压缩列表和跳表。
其中set和hash底层数据结构都用了哈希表，所以查询速度还是挺快的。
而sorted set是使用了跳表，跳表是在普通链表的基础上使用了多级索引，所以速度也挺快，但对于范围查询往往时间复杂度为O（n）
对于复杂度较高的 List 类型，它的两种底层实现结构：双向链表和压缩列表的操作复杂度都是 O(N)。因因地制宜地使用 List 类型。例如，既然它的 POP/PUSH 效率很高，那么就将它主要用于 FIFO 队列场景，而不是作为一个可以随机读写的集合。

2.Redis 使用了单线程，并且使用了多路复用技术的eppll来监听客户端的连接请求。
redis的单线程，主要是指 Redis 的网络 IO 和键值对读写是由一个线程来完成的。多线程编程模式面临共享资源的并发访问控制问题。需要精细控制并发问题，如果控制不好，会降低系统吞吐率。使用单线程没有堵塞的原因是因为使用了多路复用技术。

3.Redis的两大持久化技术，一是AOF日志，二是RDB快照。
AOF的过程是先执行Redis命令，然后再进行写日志。它的日志记录的是每一条命令，而不是数据，这些命令以文本的形式进行保存。执行写后记录是为了，保证所有记录的日志都是正确的命令，还有一点是先写这样不会阻塞当前的写操作。

三种写回策略
其实，对于这个问题，AOF 机制给我们提供了三个选择，也就是 AOF 配置项 appendfsync 的三个可选值。

• Always，同步写回：每个写命令执行完，立马同步地将日志写回磁盘；
• Everysec，每秒写回：每个写命令执行完，只是先把日志写到 AOF 文件的内存缓冲区，每隔一秒把缓冲区中的内容写入磁盘；
• No，操作系统控制的写回：每个写命令执行完，只是先把日志写到 AOF 文件的内存缓冲区，由操作系统决定何时将缓冲区内容写回磁盘。

AOF以追加的方式逐一对新增的写命令进行记录，这样AOF日志文件会越来越大。如果宕机后，需要对日志文件进行执行操作恢复数据，如果日志文件太大，这样的话会很费时。所以引入了AOF重写机制。
AOF重写机制的原理，就是针对那些对同一个数据操作多次的记录，变为只记录最后一次数据命令操作的记录，这样的记录一直保持数据最新状态就行了。这个重写是子线程完成的。

所以会出现两个日志，一个主线程里的AOF日志，一个子线程里的AOF重写日志。最终是把AOF重写日志里文件写入磁盘。

4.RDB快照实现持久化是一种比AOF恢复数据更快的方法。
RDB通过执行bgsave来创建一个子线程来执行全量快照
RDB通过写时复制技术来解决执行快照时，有写命令的情况，就如同我们拍照时，不希望有人动，希望大家都保持不要动准备拍照。如果主线程对这些数据也都是读操作（例如图中的键值对 A），那么，主线程和 bgsave 子进程相互不影响。但是，如果主线程要修改一块数据（例如图中的键值对 C），那么子线程把这块数据就会被复制一份，生成该数据的副本。然后，bgsave 子进程会把这个副本数据写入 RDB 文件，而在这个过程中，主线程仍然可以直接修改原来的数据。

执行RDB快照有一个频率问题，是每秒执行还是每分钟执行，执行多快频率好。如果频率高则频繁 fork 出 bgsave 子进程，这就会频繁阻塞主线程了，太慢又不能很好应对宕机情况。

此时我们可以使用增量快照，所谓增量快照，就是指，做了一次全量快照后，后续的快照只对修改的数据进行快照记录，这样可以避免每次全量快照的开销。但是频率高也同样会会增加很多额外内存开销。

Redis 4.0 中提出了一个混合使用 AOF 日志和内存快照的方法。简单来说，内存快照以一定的频率执行，在两次快照之间，使用 AOF 日志记录这期间的所有命令操作。
这样一来，快照不用很频繁地执行，这就避免了频繁 fork 对主线程的影响。而且，AOF 日志也只用记录两次快照间的操作，也就是说，不需要记录所有操作了，因此，就不会出现文件过大的情况了，也可以避免重写开销。