redis之单线程和多线程-编程知识

redis之单线程和多线程

1、redis的发展史

2、redis为什么选择单线程？

3、主线程和Io线程是怎么协作完成请求处理的？

4、IO多路复用

5、开启redis多线程

1、redis的发展史

Redis4.0之前是用的单线程，4.0以后逐渐支持多线程

Redis4.0之前一直采用单线程的主要原因有以下三个:
1、使用单线程模型使Redis的开发和维护更简单，因为单线程模型方便开发和调试;
2、即使使用单线程模型也并发的处理多客户端的请求，主要使用的是IO多路复用和非阻塞IO;
3、对于Redis系统来说，主要的性能瓶颈是内存或者网络带宽而并非 CPU。

2、redis为什么选择单线程？

Redis是单线程：主要是指Redis的网络IO和键值对读写是由一个线程来完成的，Redis在处理客户端的请求时包括获取(socket读)、解析、执行、内容返回(socket写)等都由一个顺序串行的主线程处理，这就是所谓的“单线程”。这也是Redis对外提供键值存储服务的主要流程。

但是Redis的其他功能，比如持久化RDB、AOF、异步删除、集群数据同步等等，其实是由额外的线程执行的。Redis命令工作线程是单线程的，但对整个Redis来说是多线程的。

redis使用单线程的缺点：

正常情况下使用del指令可以很快的删除数据，而当被删除的 key是一个非常大的对象时，例如时

包含了成千上万个元素的 hash集合时，那么del指令就会造成Redis主线程卡顿。

解决方案：从Redis4开始使用惰性删除可以有效的避免 Redis卡顿的问题

unlink key

flushdb async

flushall async

这三个命令把删除工作交给了后台的小弟（子线程）异步来删除数据了。

Redis6/7采用多个IO线程来处理网络请求，提高网络请求处理的并行度。

但是，Redis的多IO线程只是用来处理网络请求的，对于读写操作命令Redis仍然使用单线程来处理。这是因为，Redis处理请求时，网络处理经常是瓶颈，通过多个IO线程并行处理网络操作，可以提升实例的整体处理性能。而继续使用单线程执行命令操作，就不用为了保证Lua脚本、事务的原子性，额外开发多线程互斥加锁机制了(不管加锁操作处理)，这样一来，Redis线程模型实现就简单了。

3、主线程和Io线程是怎么协作完成请求处理的？

阶段一：服务端和客户端建立Socket连接，并分配处理线程。

首先，主线程负责接收建立连接请求。当有客户端请求和实例建立Socket连接时，主线程会创建和客户端的连接，并把Socket放入全局等待队列中。紧接着，主线程通过轮询方法把Socket连接分配给lO线程。

阶段二：I0线程读取并解析请求。
主线程一旦把Socket分配给I0线程，就会进入阻塞状态，等待I0线程完成客户端请求读取和解析。因为有多个IO线程在并行处理，所以，这个过程很快就可以完成。

阶段三：主线程执行请求操作。
等到IO线程解析完请求，主线程还是会以单线程的方式执行这些命令操作。

阶段四：IO线程回写Socket和主线程清空全局队列。
当主线程执行完请求操作后，会把需要返回的结果写入缓冲区，然后，主线程会阻塞等待I0线程，把这些结果回写到Socket中，并返回给客户端。和IO线程读取和解析请求一样，IO线程回写Socke时，也是有多个线程在并发执行，所以回写Socket的速度也很快。等到IO线程回写Socket完毕，主线程会清空全局队列，等待客户端的后续请求。

4、IO多路复用

文件描述符（File descriptor)简称FD，句柄。是计算机科学中的一个术语，是一个用于表述指向文件的引用的抽象化概念。文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。

IO多路复用：I/O多路复用（I/O Multiplexing）是一种在单个线程中管理多个I/O操作的机制。它允许一个进程或线程监视多个文件描述符（sockets、文件、管道等）的可读、可写状态，从而实现在单个线程中处理多个I/O操作。

I/O：网络I/O，尤其在操作系统层面指数据在内核态和用户态之间的读写操作

多路：多个客户端连接（连接就是套接字描述符，即socket或者channel)

复用：复用一个或几个线程。

IO多路复用：就是说一个或一组线程处理多个TCP连接，使用单进程就能够实现同时处理多个客户端的连接，无需创建或者维护过多的进程/线程。

epoll函数：是Linux系统提供的一种高效的I/O多路复用机制，它可以在一个线程中同时处理多个文件描述符上的I/O事件，比传统的select/poll模型更加高效

redis为什么那么快？

因为使用了IO多路复用和epoll函数，而不是仅仅单线程命令和redis安装在内存中。

在Redis6/7版本中多线程默认是关闭的