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Redis的单线程模型与多线程优化

单线程模型

redis是单线程模型,在处理客户端请求时,使用单线程结合多路复用技术 来执行网络 I/O 和命令处理,6.0后引入多线程来优化处理网络IO

了让单进程的服务端应用同时处理多个客户端的事件,Redis 采用了 IO 多路复用机制。

这里“多路”指的是多个网络连接客户端,“复用”指的是复用同一个线程来监听多个Socket的连接状态。

  1. 多个客户端与服务端连接时, I/O 多路复用程序 会将客户端 socket 对应的 FD 套接字 注册到监听列表(一个队列)中

  2. 当客户端执行readwrite等操作命令时,多路复用程序会将命令封装成一个事件,并绑定到对应的事件处理器上进行处理。

  3. 事件分发器通过 epoll 函数 监控多个文件描述符(fd)的读写情况,当 accept、read、write 和 close 文件事件产生时,就会回调 FD 绑定的事件处理器进行处理相关命令操作。

具体事件处理过程就是,主线程会就进入到一个事件循环函数,主要会做以下事情:

  • 首先,先调用处理发送队列函数,看是发送队列里是否有任务,如果有发送任务,则通过 write 函数将客户端发送缓存区里的数据发送出去,如果这一轮数据没有发送完,就会注册写事件处理函数,等待epoll_wait发现可写后再处理

  • 然后调用 epoll_wait函数等待事件的到来

    • 如果是连接事件到来,则会调用连接事件处理函数,调用accpet获取已连接的 socket -> 将已连接的 socket 加入到 epoll -> 注册「读事件」处理函数;

    • 如果是读事件到来,则会调用读事件处理函数,调用 read 获取客户端发送的数据 -> 解析命令 -> 处理命令 -> 将客户端对象添加到发送队列 -> 将执行结果写到发送缓存区等待发送;

    • 如果是写事件到来,则会调用写事件处理函数,通过 write 函数将客户端发送缓存区里的数据发送出去,如果这一轮数据没有发送完,就会继续注册写事件处理函数,等待 epoll_wait 发现可写后再处理 。

为什么这么快?

主要有3个方面的原因,分别是存储方式、优秀的线程型以及 I/O 模型、高效的数据结构。

  • Redis 将数据存储在内存中,提供快速的读写速度,相比于传统的磁盘数据库,内存访问速度快得多。

  • Redis 使用单线程结合I/O多路复用,避免了多线程上下文切换和竞争条件,提高了并发处理效率。

  • Redis 提供多种高效的数据结构(如字符串、哈希、列表、集合等),这些结构经过优化,能够快速完成各种操作

6.0 版本为何引入多线程?

因为单线程编程容易并且更容易维护。其次Redis 的性能瓶颈不在 CPU,主要在内存和网络

多线程可能会存在死锁、线程上下文切换等问题,甚至会影响性能

Redis 6.0 对于网络 I/O 采用多线程来处理,而命令的解析与执行仍然保持单线程模式。这样既保留了单线程执行的简洁性和安全性,又提高了网络I/O的吞吐量。

Redis 6.0 版本支持的 I/O 多线程特性,默认情况下 I/O 多线程只针对发送响应数据,并不会以多线程的方式处理用户读请求

  • 阶段一: 主线程负责接收并创建与客户端的连接,并通过轮询将这些连接分配给I/O线程。

  • 阶段二: 默认配置下,I/O线程不参与从客户端读取命令请求的过程。即默认情况下,主线程负责从Socket读取客户端请求并解析命令。但是,如果配置了io-threads-do-reads yes,那么I/O线程也会参与到读请求的处理中

  • 阶段三: 无论是否使用多线程进行读取,命令的执行都是由主线程完成的,以保证命令执行顺序和避免复杂的并发问题。

  • 阶段四: 在命令执行完毕后,结果会被放入缓冲区。然后,I/O线程负责将这些结果写回到客户端,从而加快响应速度。

开启多线程后,还需要设置线程数,否则是不生效的。

同样需要修改redis 配置文件redis.conf  io-threads 4 #官网建议4核的机器建议设置为2或3个线程,8核的建议设置为6个线程

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