Redis源码那些隐藏的秘密，网络世界里绕不开的关键技术探讨

（引用来源：Redis核心开发者antirez的博客、《Redis设计与实现》一书、以及部分资深工程师的源码剖析文章）

Redis的源码就像一座宝库，里面藏着许多让它在网络世界里又快又稳的秘密，这些秘密不是什么高深莫测的魔法，而是一些非常聪明和实在的设计选择，要理解Redis为什么能处理成千上万的并发连接而不吃力,就得从它最核心的事件循环说起。

单线程的“大心脏”事件循环

很多人一开始会疑惑，Redis为什么主要使用单线程？难道不怕成为性能瓶颈吗？这正是它高明的地方。（引用来源：antirez多次在博客中解释这一设计决策）Redis的核心是一个叫做“事件循环”的机制，它躺在一个无限的while循环里，不停地检查两件事：有没有新的网络连接进来？已经建立的连接上有没有数据可读或可以发送？

这个循环由一个叫“I/O多路复用”的技术来辅助，你可以把它想象成一个超级高效的门卫，在没有这个门卫的传统做法里，服务器每来一个连接就要派一个线程去守着，线程大部分时间在睡觉（等待数据），这很浪费资源，而Redis的这个“门卫”（在Linux上通常是epoll）可以同时看守成千上万个“门”（网络连接），当任何一个门后有动静（比如数据到了），门卫就会立刻通知Redis那个单线程的“大脑”，大脑于是醒来，只处理那些有动静的门，处理速度极快，因为所有数据都在内存里完成，这样，一个线程就轻松管理了海量连接，避免了多线程带来的复杂锁问题和上下文切换开销,这就是Redis单线程却能保持极高并发性的根本原因。

对付“慢”操作的巧妙办法

单线程有个天生的弱点：怕“慢”操作，如果一个命令执行得太久，比如不小心执行了一个keys *命令去匹配所有键，整个服务器就会被卡住，其他所有请求都得等着，这是灾难性的，Redis是怎么解决这个问题的？（引用来源：Redis源码中关于bio.c的背景线程实现）

Redis在源码里偷偷开了几个“后门线程”,专门用来处理那些确实很慢的任务。

1. 持久化操作：把数据写到磁盘（AOF日志的fsync操作）或生成快照（RDB的写文件操作）是很慢的磁盘I/O，Redis会把这个脏活累活交给后台线程去做,主线程继续欢快地处理命令。
2. 大键的删除：当你删除一个包含几百万个元素的超大集合时，如果让主线程来做，也会造成阻塞，所以Redis 4.0之后，像unlink这样的命令并不是立刻删除，而是先把键从数据库里摘出来,然后悄悄地交给后台线程去慢慢释放内存。
3. 异步关闭文件描述符：这听起来很细节,但也很重要。

这些后台线程是“默默奉献”的典型，它们保证了主线程的纯洁性和高性能，让Redis既能享受单线程的简单高效,又能规避其潜在的风险。

内存管理的“吝啬鬼”哲学

Redis是内存数据库，对内存的使用极其“吝啬”，这种吝啬体现在源码的方方面面。（引用来源：《Redis设计与实现》中对内存分配的详细章节）

它并没有直接使用标准库的malloc/free来分配内存，而是自己实现了多个版本的内存分配器（jemalloc是默认选择），为什么呢？因为通用的内存分配器为了适应各种场景，可能产生比较多的内存碎片，Redis选择像jemalloc这样的分配器，就是看中了它在多线程环境（虽然Redis主线程单，但后台线程和持久化子进程会涉及内存操作）下能更好地控制内存碎片。

对于存储的数据本身，Redis也极尽压缩之能事，当存储一个数字字符串“12345”时，Redis会尝试把它转换成整数来存储，这样占用的空间比存字符串小得多，对于小的哈希、列表、集合，Redis使用了叫做“ziplist”（压缩列表）和“intset”（整数集合）的特殊数据结构，这些结构就像把东西塞进压缩袋，所有数据紧挨着存放，极大地减少了内存开销，只有当元素数量或大小超过一定阈值时，才会转换成标准的哈希表或跳表等结构，这种“小的时候省着用，大了再敞开了用”的策略,为用户节省了大量的内存成本。

网络协议的“极简主义”

Redis的通信协议（RESP）是它成功的另一个关键。（引用来源：Redis官方协议文档及客户端实现指南）这个协议简单到令人发指，它就是几种特定字符的组合：用单行字符串表示简单字符串，用错误符号表示错误，用整数符号表示整数，用批量字符串符号表示长度已知的数据块,用数组符号表示一组命令参数。

这种设计有两个巨大优势：

1. 解析速度快：服务器和客户端解析协议几乎不费吹灰之力，不需要像解析XML或JSON那样进行复杂的语法分析，只需要根据第一个字符判断类型，然后按照规则切割字符串即可,CPU开销极小。
2. 可读性强：你甚至可以直接用telnet命令连接Redis服务器，手动输入*2\r\n$3\r\nGET\r\n$5\r\nmykey\r\n来模拟客户端获取键mykey的值，这种对人类友好（相对二进制协议）的调试方式,降低了开发门槛。

这个极简的协议，使得网络传输和数据处理过程中的开销降到了最低,完美契合了Redis追求极致性能的目标。

Redis源码的秘密不在于用了多少炫技的黑科技，而在于一系列深思熟虑、切中要害的务实设计，它用一个聪明的单线程事件循环应对高并发，用后台线程化解慢操作危机，用吝啬的内存管理降低成本，用极简的协议提升效率，这些隐藏在代码行间的智慧,共同构成了Redis在网络世界里绕不开的关键技术基石。