Redis 单线程的正确理解

很多开发者对Redis的单线程和I/O多路复用技术并不是很了解,所以我用简单易懂的语言让大家了解下Redis单线程和I/O多路复用技术的原理,对学好和运用好Redis打下基础。

一、Redis的单线程理解

Redis客户端对服务端的每次调用都经历了发送命令,执行命令,返回结果三个过程。其中执行命令阶段,由于Redis是单线程来处理命令的,所有到达服务端的命令都不会立刻执行,所有的命令都会进入一个队列中,然后逐个执行,并且多个客户端发送的命令的执行顺序是不确定的,但是可以确定的是不会有两条命令被同时执行,不会产生并发问题,这就是Redis的单线程基本模型。

Redis服务器通过socket(套接字)与客户端或其他Redis服务器进行连接,而文件事件就是服务器对socket操作的抽象。服务器与客户端或其他服务器的通信会产生相应的文件事件,而服务器通过监听并处理这些事件来完成一系列网络通信操作。

Redis基于Reactor模式开发了自己的网络事件处理器——文件事件处理器,文件事件处理器使用I/O多路复用程序来同时监听多个socket(I/O多路复用技术下面有介绍),并根据socket目前执行的任务来为socket关联不同的事件处理器。当被监听的socket准备好执行连接应答、读取、写入、关闭等操作时,与操作相对应的文件事件就会产生,这时文件事件处理器就会调用socket之前已关联好的事件处理器来处理这些事件。

二、I/O多路复用技术

关于I/O多路复用(又被称为“事件驱动”),首先要理解的是,操作系统为你提供了一个功能,当你的某个socket可读或者可写的时候,它可以给你一个通知。这样当配合非阻塞的socket使用时,只有当系统通知我哪个描述符可读了,我才去执行read操作,可以保证每次read都能读到有效数据而不做纯返回-1和EAGAIN的无用功,写操作类似。

操作系统的这个功能是通过select/poll/epoll/kqueue之类的系统调用函数来实现,这些函数都可以同时监视多个描述符的读写就绪状况,这样,多个描述符的I/O操作都能在一个线程内并发交替地顺序完成,这就叫I/O多路复用,这里的“多路”指的是多个网络连接,“复用”指的是复用同一个Redis处理线程。

采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求(尽量减少网络 I/O 的时间消耗),且 Redis 在内存中操作数据的速度非常快,也就是说内存内的操作不会成为影响Redis性能的瓶颈,所有 Redis 具有很高的吞吐量。

三、常见疑问解答

1、Redis的单线程为什么这么快?

完全基于内存,绝大部分请求是纯粹的内存操作,非常快速。数据存在内存中,类似于HashMap,HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1);

数据结构简单,对数据操作也简单,Redis中的数据结构是专门进行设计的;

采用单线程,避免了不必要的上下文切换和竞争条件,也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU,不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁释放锁操作,没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗;

使用多路I/O复用模型,非阻塞I/O;

Redis直接自己构建了VM 机制 ,因为一般的系统调用系统函数的话,会浪费一定的时间去移动和请求;

2、为什么不采用多进程或多线程处理?

多线程处理可能涉及到锁

多线程处理会涉及到线程切换而消耗CPU

3、单线程处理的缺点?

耗时的命令会导致并发的下降,不只是读并发,写并发也会下降

无法发挥多核CPU性能,不过可以通过在单机开多个Redis实例来完善

4、Redis不存在线程安全问题?

Redis采用了线程封闭的方式,把任务封闭在一个线程,自然避免了线程安全问题,不过对于需要依赖多个redis操作(即:多个Redis操作命令)的复合操作来说,依然需要锁,而且有可能是分布式锁。


以上就是Redis的单线程和I/O多路复用技术的理解,下篇文章再说说Redis持久化RDB和AOF优缺点,如果对你有帮助,小伙伴们一定点赞支持哦~