Redis到底是怎么跑起来的，内部那些运行细节和逻辑其实挺有意思的

主要参考自《Redis设计与实现》一书、Redis作者Salvatore Sanfilippo的博客文章以及Redis官方文档中的相关技术说明）

Redis能跑得飞快，感觉像是有魔法一样，但其实它的内部机制非常实在，咱们可以把它想象成一个超级高效、身兼数职的“单线程小店老板”。

第一，核心秘密：单线程怎么还能这么快？

很多人一听说Redis是单线程的，第一反应是“那不会很慢吗？” 这恰恰是Redis设计最精妙的地方，这个“单线程”指的是它处理网络请求和执行命令的核心模块，只有一个线程在工作，你可能会问，现在服务器都是多核的,这不是浪费吗？

Redis的作者是这么考虑的：对于一个内存数据库来说，性能的瓶颈往往不在CPU的计算速度，而在于网络I/O和内存的访问速度，如果采用多线程模型，虽然能利用多核，但会引入一个超级麻烦的问题——锁，多个线程同时去读写同一块数据，为了保证不出错，就必须加锁，加锁、释放锁、线程间的切换会带来巨大的开销，反而可能让整体性能下降,而且把系统搞得非常复杂。

Redis干脆就用一个线程来处理所有命令,这样做的好处是：

1. 没有锁的烦恼：完全不需要考虑并发冲突，所有操作都是顺序执行的,简单又安全。
2. 极致的内存效率：因为数据都在内存里，CPU操作内存的速度是纳秒级别的,一个线程就足以压榨出极高的吞吐量。
3. 避免上下文切换：多线程切换需要保存和恢复现场,单线程就没这个开销。

那它怎么应对海量的连接呢？这就依赖于它采用的I/O多路复用技术（比如Linux下的epoll），你可以把这个技术想象成老板的一个“万能对讲机”，这个对讲机可以同时监听成千上万个客户的呼叫（网络连接），当某个客户点好菜（发送了命令数据）时，对讲机才会通知老板，老板就过去处理这个客户的请求，处理完后立刻回来监听对讲机，这样，一个老板就能高效地服务无数客户，而不用傻等着某一个客户,这就是单线程也能高并发的关键。

第二，内存里数据的“百宝箱”：数据结构

Redis快，另一个原因是它不像传统数据库那样，只把数据简单存成表，它直接把数据存放在自己实现的、非常精细的数据结构里，这些数据结构就像是老板身后那个分类极其清晰、拿取极其方便的货架。

• 简单动态字符串（SDS）：这可不是普通的C语言字符串，它更聪明，比如在字符串长度变化时，它能提前分配好多余的空间，避免每次修改都重新分配内存，这叫“预分配”；它还记录了字符串的长度，查询长度是O(1)的复杂度,非常快。
• 字典（Hash Table）：这是Redis的核心，用来实现各种数据类型，它的哈希表设计有两个“小妙招”，一是它使用“链地址法”解决哈希冲突（就是多个键映射到同一个位置时，用链表串起来），二是它会进行“渐进式rehash”，当哈希表太满需要扩容时，它不是一次性把所有数据搬到新表（那会卡住整个服务），而是分批慢慢搬，在搬迁期间，同时维护新旧两个表，查询时会同时查两个，新增的数据直接放到新表，这样就把一个大操作拆分成无数个小步骤,避免了服务停顿。
• 跳跃表（Skip List）：这是实现“有序集合（ZSet）”的关键，你可以想象一个链表，但有些节点有多层“索引”，从最高层索引开始查找，可以大跨步地跳过很多节点，效率堪比平衡树,但实现起来简单多了。

第三，数据持久化：把内存里的东西记到“小本本”上

内存数据一断电就没了，所以Redis需要把数据存到硬盘上，这叫持久化，它主要有两种方式,就像老板记账：

• RDB（快照）：相当于在某个时间点，给整个数据库拍一张完整的照片，然后存成一个文件，这个操作是由子进程来完成的（注意，不是主线程），主线程会fork出一个子进程，子进程拥有和主线程一模一样的内存数据副本，然后由子进程负责把数据写入硬盘，这样主线程可以继续提供服务，不受影响，RDB的优点是恢复大数据集时速度很快,但可能会丢失最后一次快照之后的数据。
• AOF（追加日志）：相当于老板把每一个收到的命令都记在一个账本上，当Redis重启时，只要把账本上的命令按顺序重新执行一遍，就能恢复数据，为了平衡性能和安全性，AOF有不同的策略，比如每秒同步一次到硬盘，或者每条命令都同步（最安全但最慢），AOF文件会越来越大，所以Redis提供了AOF重写机制：也是fork一个子进程，根据当前数据库状态，生成一个全新的、最精简的命令序列AOF文件,来替换旧的。

第四，过期键的清理：“定期巡检”与“顺手牵羊”

Redis可以给键设置过期时间，那过期的键是怎么被删除的呢？它用了两种策略：

1. 惰性删除：当客户来访问一个键时，Redis才会检查它是否过期，如果过期就当场删除，这很“懒”，但很高效,不会在无关的键上浪费CPU。
2. 定期删除：光靠“懒”不行，万一有些键永远没人访问，就成了“僵尸键”，所以Redis会每隔一段时间，随机抽查一些设置了过期时间的键，把其中过期的删除掉，这是一种主动的、抽样式的清理。

通过这套“单线程+多路复用”的事件模型、精心设计的数据结构、巧妙的持久化和内存管理机制，Redis这个“小店老板”就能以惊人的速度和可靠性为我们服务了，它的设计哲学充满了权衡与智慧,在简单与高效之间找到了一个完美的平衡点。