1. 什么是redis？
Redis是一个开源的键值对存储数据库，被广泛应用于缓存、消息队列、排行榜、实时系统等领域。Redis支持多种数据类型，包括字符串、哈希表、列表、集合和有序集合。它以内存为主要存储介质，在磁盘上保存快照和日志，以实现数据持久化。
2. Redis为什么用单线程？
2.1 Redis的I/O模型
Redis的性能优势大部分来自于其高效的I/O模型。传统的I/O模型通常将I/O操作阻塞在一个线程内，当I/O操作未完成时，该线程将不会执行任何其他操作。这种阻塞情况尤其在高负载情况下会让程序变得缓慢。
Redis采用了一种非阻塞I/O模型，称为I/O多路复用。在I/O多路复用模型中，一个单独的线程将同时处理多个I/O请求。如果某个请求需要等待数据，线程将不会阻塞在该请求上，而是将处理另外一个请求。这种方法使得Redis能够高效地处理大量并发的请求。
2.2 Redis的内存访问模型
Redis的内存访问模型也是单线程的。通常，多核处理器在并行处理多个任务时会切换上下文，并在不同的核心间传递数据。但是，在存储缓存数据时，数据通常都保存在同一个内存中。多核心的切换上下文和传递数据只会加重负担而不会提高任何性能。
换句话说，Redis的单线程I/O模型和内存访问模型都是为了避免上下文切换和内存访问之间的性能开销，从而提高Redis的性能。
3. Redis为什么快？
3.1 内存操作
Redis的内存得到了充分的利用。事实上，Redis完全可以绕过磁盘的读写操作，因为内存操作要比磁盘操作快得多。此外，Redis还使用了紧凑的数据结构，使得数据在内存中的占用空间更少。
例如，在Redis中，一个列表可以存储多达4亿个元素，这与内存容量并无太大关系。由于Redis使用了紧凑的数据结构，存储这些元素所需的内存量非常小。这会让整个操作变得非常快捷。
3.2 异步写入
Redis的异步写入机制是另一个性能优势。当客户端写操作时，Redis会将修改命令写入日志，但不会立即将数据写入磁盘。相反，Redis会先将数据写入内存中，并异步地将数据写入磁盘，以提高写入性能。
由于客户端总是先写入内存中，而不是直接写入磁盘，因此Redis可以防止命令之间互相干扰而导致数据不一致。
Redis异步写入命令：
SET key value # 内存中写入值
WAL log_set("key") # 将修改命令写入日志
BGSAVE # 将内存中的数据异步写入磁盘
3.3 简单操作
Redis的简单操作也是它高性能的原因之一。Redis不仅仅是快速的，同时它也非常简单。例如向列表结构中插入数据仅仅需要一步操作：RPUSH。
向列表结构中插入数据：
RPUSH mylist "hello" # 将"value"添加到"mylist"末尾
RPUSH mylist "world" # 将"value"添加到"mylist"末尾
Redis的这种简单操作方式让程序可以非常轻松快速地处理多种事务。
3.4 数据结构
Redis可用的多种数据结构也让它的性能非常高。例如，哈希表常常是在内存中用于查找和快速读取数据的理想结构。Redis的哈希表因其快速查找和高效率而被广泛应用于存储。
与此同时，Redis的有序集合结构也非常实用。有序集合充分利用了内存空间，并在执行一些基本操作时提供了相当好的性能。在许多场合下，使用有序集合比使用普通的无序集合更加高效。
总结
Redis为什么用单线程？因为单线程I/O模型和内存访问模型可以避免上下文切换和内存访问之间的性能开销，从而提高Redis的性能。除此之外，内存操作、异步写入、简单操作和各种数据结构也是Redis执行非常快的一些因素。