我們都知道Redis很快蔚出，它QPS可達10萬（每秒請求數）
基于內存實現
我們都知道內存讀寫是比磁盤讀寫快很多的。Redis是基于內存存儲實現的數據庫箩做，相對于數據存在磁盤的數據庫莽红，就省去磁盤磁盤I/O的消耗。MySQL等磁盤數據庫邦邦，需要建立索引來加快查詢效率安吁，而Redis數據存放在內存，直接操作內存燃辖，所以就很快鬼店。
高效的數據結構
我們知道，MySQL索引為了提高效率黔龟，選擇了B+樹的數據結構妇智。其實合理的數據結構，就是可以讓你的應用/程序更快氏身。先看下Redis的數據結構&內部編碼圖：
SDS簡單動態(tài)字符串
struct sdshdr { //SDS簡單動態(tài)字符串
int len; //記錄buf中已使用的空間
int free; // buf中空閑空間長度
char buf[]; //存儲的實際內容
}
字符串長度處理
在C語言中巍棱，要獲取撿田螺的小男孩這個字符串的長度，需要從頭開始遍歷蛋欣，復雜度為O（n）; 在Redis中航徙， 已經有一個len字段記錄當前字符串的長度啦，直接獲取即可陷虎，時間復雜度為O(1)捉偏。
減少內存重新分配的次數
在C語言中，修改一個字符串泻红，需要重新分配內存夭禽，修改越頻繁，內存分配就越頻繁谊路，而分配內存是會消耗性能的讹躯。而在Redis中，SDS提供了兩種優(yōu)化策略：空間預分配和惰性空間釋放。
空間預分配
當SDS簡單動態(tài)字符串修改和空間擴充時潮梯，除了分配必需的內存空間骗灶，還會額外分配未使用的空間。分配規(guī)則是醬紫的：
- SDS修改后秉馏，len的長度小于1M耙旦，那么將額外分配與len相同長度的未使用空間。比如len=100萝究，重新分配后免都，buf 的實際長度會變?yōu)?00(已使用空間)+100(額外空間)+1(空字符)=201。
- SDS修改后, len長度大于1M帆竹，那么程序將分配1M的未使用空間绕娘。
惰性空間釋放
當SDS縮短時，不是回收多余的內存空間栽连，而是用free記錄下多余的空間险领。后續(xù)再有修改操作，直接使用free中的空間秒紧，減少內存分配绢陌。
哈希
Redis 作為一個K-V的內存數據庫，它使用用一張全局的哈希來保存所有的鍵值對熔恢。這張哈希表下面，有多個哈希桶組成，哈希桶中的entry元素保存了*key和*value指針绩聘，其中*key指向了實際的鍵沥割，*value指向了實際的值。
哈希表查找速率很快的凿菩，有點類似于Java中的HashMap机杜，它讓我們在O(1) 的時間復雜度快速找到鍵值對。首先通過key計算哈希值衅谷，找到對應的哈希桶位置椒拗，然后定位到entry，在entry找到對應的數據获黔。
有些小伙伴可能會有疑問：你往哈希表中寫入大量數據時蚀苛，不是會遇到哈希沖突問題嘛，那效率就會降下來啦玷氏。
哈希沖突： 通過不同的key堵未，計算出一樣的哈希值，導致落在同一個哈希桶中盏触。
Redis為了解決哈希沖突渗蟹，采用了鏈式哈希块饺。鏈式哈希是指同一個哈希桶中，多個元素用一個鏈表來保存雌芽，它們之間依次用指針連接授艰。
有些小伙伴可能還會有疑問：哈希沖突鏈上的元素只能通過指針逐一查找再操作。當往哈希表插入數據很多世落，沖突也會越多淮腾，沖突鏈表就會越長，那查詢效率就會降低了屉佳。
為了保持高效谷朝，Redis 會對哈希表做rehash操作，也就是增加哈希桶忘古，減少沖突。為了rehash更高效诅诱，Redis還默認使用了兩個全局哈希表髓堪，一個用于當前使用，稱為主哈希表娘荡，一個用于擴容干旁，稱為備用哈希表。
跳躍表
跳躍表是Redis特有的數據結構炮沐，它其實就是在鏈表的基礎上争群，增加多級索引，以提高查找效率大年。跳躍表的簡單原理圖如下:
- 每一層都有一條有序的鏈表换薄，最底層的鏈表包含了所有的元素。
- 跳躍表支持平均 O（logN）,最壞 O（N）復雜度的節(jié)點查找翔试，還可以通過順序性操作批量處理節(jié)點轻要。
壓縮列表ziplist
壓縮列表ziplist是列表鍵和字典鍵的的底層實現之一。它是由一系列特殊編碼的內存塊構成的列表垦缅， 一個ziplist可以包含多個entry冲泥， 每個entry可以保存一個長度受限的字符數組或者整數，如下：
- zlbytes ：記錄整個壓縮列表占用的內存字節(jié)數
- zltail: 尾節(jié)點至起始節(jié)點的偏移量
- zllen : 記錄整個壓縮列表包含的節(jié)點數量
- entryX: 壓縮列表包含的各個節(jié)點
- zlend : 特殊值0xFF(十進制255)壁涎，用于標記壓縮列表末端
由于內存是連續(xù)分配的凡恍，所以遍歷速度很快。怔球。
合理的數據編碼
Redis支持多種數據基本類型嚼酝，每種基本類型對應不同的數據結構，每種數據結構對應不一樣的編碼竟坛。為了提高性能革半，Redis設計者總結出碑定，數據結構最適合的編碼搭配。
Redis是使用對象（redisObject）來表示數據庫中的鍵值又官，當我們在 Redis 中創(chuàng)建一個鍵值對時延刘，至少創(chuàng)建兩個對象，一個對象是用做鍵值對的鍵對象六敬，另一個是鍵值對的值對象碘赖。
typedef struct redisObject{
//類型
unsigned type:4;
//編碼
unsigned encoding:4;
//指向底層數據結構的指針
void *ptr;
//...
}robj;
redisObject中，type 對應的是對象類型外构，包含String對象普泡、List對象、Hash對象审编、Set對象撼班、zset對象。encoding 對應的是編碼垒酬。
- String：如果存儲數字的話砰嘁，是用int類型的編碼;如果存儲非數字，小于等于39字節(jié)的字符串勘究，是embstr矮湘；大于39個字節(jié)，則是raw編碼口糕。
- List：如果列表的元素個數小于512個缅阳，列表每個元素的值都小于64字節(jié)（默認），使用ziplist編碼景描，否則使用linkedlist編碼
- Hash：哈希類型元素個數小于512個十办，所有值小于64字節(jié)的話，使用ziplist編碼,否則使用hashtable編碼超棺。
- Set：如果集合中的元素都是整數且元素個數小于512個橘洞，使用intset編碼，否則使用hashtable編碼说搅。
- Zset：當有序集合的元素個數小于128個炸枣，每個元素的值小于64字節(jié)時，使用ziplist編碼弄唧，否則使用skiplist（跳躍表）編碼
合理的線程模型
單線程模型：避免了上下文切換
Redis是單線程的适肠，其實是指Redis的網絡IO和鍵值對讀寫是由一個線程來完成的。但Redis的其他功能候引，比如持久化侯养、異步刪除、集群數據同步等等澄干，實際是由額外的線程執(zhí)行的逛揩。
Redis的單線程模型柠傍，避免了CPU不必要的上下文切換和競爭鎖的消耗。也正因為是單線程辩稽，如果某個命令執(zhí)行過長（如hgetall命令）惧笛，會造成阻塞。Redis是面向快速執(zhí)行場景的內存數據庫逞泄，所以要慎用如lrange和smembers患整、hgetall等命令。
什么是上下文切換喷众？
舉個粟子：
- 比如你在看一本英文小說各谚，你看到某一頁，發(fā)現有個單詞不會讀到千，你加了個書簽昌渤，然后去查字典。查完字典后憔四，你回來從書簽那里繼續(xù)開始讀膀息，這個流程就很舒暢。
- 如果你一個人讀這本書加矛，肯定沒啥問題履婉。但是如果你去查字典的時候煤篙，別的小伙伴翻了一下你的書斟览，然后溜了。你再回來看的時候辑奈，發(fā)現書不是你看的那一頁了苛茂，你得花時間找到你的那一頁。
- 一本書鸠窗，你一個人怎么看怎么打標簽都沒事妓羊，但是人多了翻來翻去，這本書各種標記就很亂了稍计≡瓿瘢可能這個解釋很粗糙，但是道理應該是一樣的臣嚣。
I/O 多路復用
什么是I/O多路復用净刮？
- I/O ：網絡 I/O
- 多路 ：多個網絡連接
- 復用：復用同一個線程。
- IO多路復用其實就是一種同步IO模型硅则，它實現了一個線程可以監(jiān)視多個文件句柄淹父；一旦某個文件句柄就緒，就能夠通知應用程序進行相應的讀寫操作怎虫；而沒有文件句柄就緒時,就會阻塞應用程序暑认，交出cpu困介。
多路I/O復用技術可以讓單個線程高效的處理多個連接請求，而Redis使用用epoll作為I/O多路復用技術的實現蘸际。并且Redis自身的事件處理模型將epoll中的連接座哩、讀寫、關閉都轉換為事件捡鱼，不在網絡I/O上浪費過多的時間八回。
虛擬內存機制
Redis直接自己構建了VM機制 ，不會像一般的系統(tǒng)會調用系統(tǒng)函數處理驾诈，會浪費一定的時間去移動和請求缠诅。
Redis的虛擬內存機制是啥呢？
虛擬內存機制就是暫時把不經常訪問的數據(冷數據)從內存交換到磁盤中乍迄，從而騰出寶貴的內存空間用于其它需要訪問的數據(熱數據)管引。通過VM功能可以實現冷熱數據分離，使熱數據仍在內存中闯两、冷數據保存到磁盤褥伴。這樣就可以避免因為內存不足而造成訪問速度下降的問題。
