Redis는 왜 싱글스레드인데 빠른가
"코어 수십 개짜리 서버에서 Redis는 명령을 한 스레드로 처리한다"고 하면 대부분 의아해합니다. 멀티스레드로 굴려야 빠른 것 아닌가? 그런데 Redis는 싱글스레드인 채로 초당 수십만 건을 처리합니다. 비결은 "스레드를 많이 쓰는 것"이 아니라 "느려질 요소를 애초에 없앤 구조"에 있습니다. 인메모리·이벤트 루프·I/O 멀티플렉싱이 어떻게 맞물리는지, 그리고 그 한계까지 정리합니다.
1. 인메모리 — 애초에 디스크를 안 간다
가장 큰 이유. Redis는 데이터를 메모리(RAM) 에 둡니다. 일반 DB가 디스크에서 읽고 쓰느라 밀리초를 쓰는 동안, Redis는 메모리에서 마이크로초 단위로 끝냅니다. 연산 하나가 워낙 빨라서, 여러 스레드로 나눌 필요 자체가 크지 않습니다. (디스크는 영속화(RDB·AOF) 때만 쓰고, 그마저 백그라운드로 처리)
2. 단일 스레드 이벤트 루프 — 락도, 컨텍스트 스위치도 없다
Redis는 명령을 하나의 스레드가 순서대로 처리합니다. 언뜻 손해 같지만, 멀티스레드가 치르는 비용을 통째로 안 냅니다.
- 락(lock)이 필요 없다 — 공유 자료구조를 여러 스레드가 동시에 건드리지 않으니 잠금·동기화 오버헤드가 0. 각 명령이 자연히 원자적입니다.
- 컨텍스트 스위치가 없다 — 스레드를 오가며 CPU 상태를 저장·복원하는 비용이 없습니다.
- 자료구조가 단순해진다 — 동시성을 고려한 복잡한 락-프리 구조가 필요 없어 구현이 단순하고 빠릅니다.
3. I/O 멀티플렉싱 — 한 스레드로 수천 커넥션
"한 스레드면 커넥션 하나 처리하는 동안 나머지는 노나?" 아닙니다. Redis는 I/O 멀티플렉싱(epoll(리눅스)·kqueue(맥/BSD) 등)을 씁니다. 수천 개 소켓을 논블로킹으로 등록해 두고, 데이터가 준비된 소켓만 골라 처리합니다.
커넥션마다 스레드를 만드는 대신, 한 스레드가 "준비된 이벤트"만 돌아가며 처리해 수천 연결을 감당합니다. 이게 단일 스레드로도 높은 동시성을 내는 핵심입니다.
4. 메모리 친화적 자료구조 + 단순 프로토콜
- 최적화된 자료구조 — 문자열(SDS), 해시테이블, sorted set의 skiplist, 작은 데이터를 위한 listpack/intset 등 각 상황에 맞는 표현을 써서 메모리와 연산을 아낍니다. 데이터가 작으면 더 촘촘한 인코딩으로 자동 전환합니다.
- 단순한 프로토콜(RESP) — 요청·응답 포맷이 가벼워 파싱이 빠릅니다. 무거운 직렬화나 쿼리 플래닝이 없습니다.
5. 그래서 병목은 CPU가 아니다
정리하면, Redis의 대부분 명령은 CPU를 거의 안 쓰고 메모리 접근으로 끝납니다. 실질 병목은 CPU 계산이 아니라 메모리 대역폭과 네트워크라서, 코어를 더 쓴다고 크게 빨라지지 않습니다. 그러니 "명령 처리는 단일 스레드"가 합리적 선택이 됩니다. 코어를 더 쓰고 싶으면 인스턴스를 여러 개(샤딩/클러스터) 돌려 수평 확장합니다.
한계 — 단일 스레드의 그림자
빠름의 대가가 있습니다. 명령을 한 줄로 처리하니, 무거운 O(N) 명령 하나가 그 뒤 모든 요청을 멈춰 세웁니다. KEYS *, 큰 컬렉션의 통째 조회, 큰 키 삭제 등이 그렇습니다. 이 블로킹 문제와 대처(SCAN·UNLINK·빅키 분할 등)는 대용량 트래픽에서의 Redis 대응 글에서 자세히 다뤘습니다.
Redis 6+ I/O 멀티스레딩 — 그래도 명령은 여전히 싱글
Redis 6.0부터 I/O 멀티스레딩(io-threads)이 들어왔습니다. 오해하기 쉬운데, 멀티스레드로 바뀐 건 "명령 실행"이 아니라 "네트워크 I/O(소켓 읽기·쓰기, 프로토콜 파싱)"입니다. 명령 자체는 지금도 단일 스레드가 순서대로 실행합니다 — 그래서 원자성·단순함은 그대로 유지하면서, 커넥션이 아주 많을 때 I/O 부분만 여러 코어로 나눠 처리량을 올립니다. (참고로 큰 키의 lazy free 같은 일부 작업은 예전부터 백그라운드 스레드가 맡습니다.)
정리
- 인메모리라 연산이 마이크로초 → 나눌 필요가 적다.
- 단일 스레드 이벤트 루프라 락·컨텍스트 스위치 비용이 없다(명령은 원자적).
- I/O 멀티플렉싱으로 한 스레드가 수천 커넥션을 감당한다.
- 효율적 자료구조 + 단순 프로토콜로 명령당 비용이 작다.
- 병목은 CPU가 아니라 메모리·네트워크 → 코어는 인스턴스 여러 개로 확장.
- 대가는 느린 명령의 블로킹, 그리고 Redis 6+는 I/O만 멀티스레드(명령은 여전히 싱글).
용어 한 줄 정리
| 용어 | 쉬운 뜻 |
|---|---|
| 인메모리 | 데이터를 디스크가 아닌 RAM에 둠 |
| 이벤트 루프 | 한 스레드가 준비된 일을 순서대로 처리하는 구조 |
| I/O 멀티플렉싱 | 한 스레드가 여러 소켓을 감시(epoll·kqueue) |
| 컨텍스트 스위치 | 스레드 전환 시 CPU 상태 저장·복원 비용 |
| RESP | Redis의 단순한 요청·응답 프로토콜 |
| io-threads | Redis 6+의 네트워크 I/O 전용 멀티스레딩 |