Redis是单线程的，为什么支持高并发？

要搞清楚这个问题，首先来看看以下几个问题：

1. 并行，并发以及它们的区别
2. BIO，NIO， IO多路复用，AIO
3. Redis如何实现高并发

• 并行与并发的定义：

并发：在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。

并行：在操作系统中，一组程序按独立异步的速度执行，无论从微观还是宏观，程序都是一起执行的。

理解：

1）并发是两个任务可以在重叠的时间段内启动，运行和完成；并行是任务在同一时间运行，例如，在多核处理器上。
2）并发是独立执行过程的组合，而并行是同时执行（可能相关的）计算。
3）并发是一次处理很多事情，并行是同时做很多事情。

如下图所示，箭头表示空闲时间：

总结：并发就是指代码逻辑上可以并行，有并行的潜力，但是不一定当前是真的以物理并行的方式运行。并发指的是代码的性质，并行指的是物理运行状态。

　　顾名思义，并发强调的是一起出发，并行强调的是一起执行。并发的反义是顺序，并行的反义是串行。并发并行不是互斥概念，只不过并发强调任务的抽象调度，并行强调任务的实际执行。

• BIO，NIO， IO多路复用，AIO简单介绍（前序题库有详细介绍，这里进行回顾）

BIO（同步阻塞）：

步骤：1、用户发出请求。

2、一致等待数据是否准备好，如果数据没有准备好则进行阻塞。

3、数据准备好后，将数据从内核复制到用户空间。

4、数据返回给程序。

NIO（同步非阻塞）：

非阻塞忙轮询：数据没来，进程就不停的去检测数据（轮询的方式），直到数据来。

IO多路复用：

如上图所示，和非阻塞一样，在后面也是阻塞的，但是在获取数据时不再由自己去询问操作系统，而是统一交给一个内核线程去处理。

虽然上述方式允许单线程内处理多个IO请求，但是每个IO请求的过程还是阻塞的（在select函数上阻塞），平均时间甚至比同步阻塞IO模型还要长。如果用户线程只注册自己感兴趣的socket或者IO请求，然后去做自己的事情，等到数据到来时再进行处理，则可以提高CPU的利用率。

IO多路复用模型使用了Reactor设计模式实现了这一机制。

Io多路复用有三种发方式select,poll,epoll

select: 注册事件由数组管理, 数组是有长度的, 32位机上限1024, 64位机上限2048. 轮询查找时需要遍历数组。

poll: 把select的数组采用链表实现, 因此没了最大数量的限制。

epoll方式: 基于事件回调机制, 回调时直接通知进程, 无须使用某种方式来查看状态。

拓展一：什么是c10k？

最初的服务器是基于进程/线程模型。新到来一个TCP连接，就需要分配一个进程。假如有C10K，就需要创建1W个进程，可想而知单机是无法承受的。那么如何突破单机性能是高性能网络编程必须要面对的问题，进而这些局限和问题就统称为C10K问题。

拓展二：同步、异步、阻塞、非阻塞概念？

1. 同步：执行一个操作之后，进程触发IO操作并等待(也就是我们说的阻塞)或者轮询的去查看IO操作(也就是我们说的非阻塞)是否完成，等待结果，然后才继续执行后续的操作。
2. 异步：执行一个操作后，可以去执行其他的操作，然后等待通知再回来执行刚才没执行完的操作。
3. 阻塞：进程给CPU传达一个任务之后，一直等待CPU处理完成，然后才执行后面的操作。
4. 非阻塞：进程给CPU传达任我后，继续处理后续的操作，隔断时间再来询问之前的操作是否完成。这样的过程其实也叫轮询。

解决方案：每个进程/线程同时处理多个连接（IO多路复用）

• Redis如何实现高并发

单线程指的是网络请求模块使用了一个线程（所以不需考虑并发安全性），这样避免了不必要的上下文切换和竞争条件（锁）。

redis采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求。

Redis的I/O多路复用：

     Redis 服务采用 Reactor 的方式来实现文件事件处理器（每一个网络连接其实都对应一个文件描述符）

文件事件处理器使用 I/O 多路复用模块同时监听多个 FD，当 accept、read、write 和 close 文件事件产生时，文件事件处理器就会回调 FD 绑定的事件处理器

虽然整个文件事件处理器是在单线程上运行的，但是通过 I/O 多路复用模块的引入，实现了同时对多个 FD 读写的监控，提高了网络通信模型的性能，同时也可以保证整个 Redis 服务实现的简单

redis的多路复用， 提供了select, epoll, evport, kqueue几种选择，在编译的时候来选择一种。

select是POSIX提供的， 一般的操作系统都有支撑；

epoll 是LINUX系统内核提供支持的；

evport是Solaris系统内核提供支持的；

kqueue是Mac 系统提供支持的。

• redis速度快总结：

1. Redis是纯内存数据库，一般都是简单的存取操作，线程占用的时间很多，时间的花费主要集中在IO上，所以读取速度快。
2. Redis使用的是非阻塞IO，IO多路复用，使用了单线程来轮询描述符，将数据库的开、关、读、写都转换成了事件，减少了线程切换时上下文的切换和竞争。
3. Redis采用了单线程的模型，保证了每个操作的原子性，也减少了线程的上下文切换和竞争。
4. 数据结构也帮了不少忙，Redis全程使用hash结构，读取速度快，还有一些特殊的数据结构，对数据存储进行了优化，如压缩表，对短数据进行压缩存储，再如，跳表，使用有序的数据结构加快读取的速度。
5. Redis采用自己实现的事件分离器，效率比较高，内部采用非阻塞的执行方式，吞吐能力比较大。