redis面试：redis 6.0 多线程的实现机制

小咪咪 2022-08-28 09:42 146阅读 0赞

Redis官方在 2020 年 5 月正式推出 6.0 版本，提供很多振奋人心的新特性，所以备受关注。其主要特性如下：

*  多线程处理网络IO
 *  客户端缓存
 *  细粒度权限控制（ACL）；
 *  `RESP3`协议的使用
 *  用于复制的RDB文件不再有用，将立即被删除
 *  RDB 文件加载速度更快；

> redis6.0之前为什么不使用多线程

*  使用redis时，几乎不存在CPU成为瓶颈的情况，redis主要受限于内存和网络
 *  在一个普通的linux系统上，redis通过使用pipelining每秒可以处理100万个请求，所以如果应用程序主要使用 Q ( N ) Q(N) Q(N)或者 O ( l o g ( N ) ) O(log(N)) O(log(N))的命令，它几乎不会占用太多CPU
 *  使用了单线程后，可维护性高。多线程模型虽然在某些方面表现优异，但是它却引入了程序执行顺序的不确定性，带来了并发读写的一系列问题，增加了系统复杂度，同时可能存在线程切换、甚至加锁解锁、死锁造成的性能损耗

redis通过AE事件模型以及IO多路复用等技术，处理性能非常高，因此没有必要使用多线程

单线程机制让redis内部实现的复杂度大大降低，hash的惰性rehash、lpush等【线程不安全】的命令都可以无锁进行

> redis 6.0 之前单线程指的是redis只有一个线程干货么？

不是，**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」**。

其中执行命令阶段，由于 Redis 是单线程来处理命令的，所有每一条到达服务端的命令不会立刻执行，所有的命令都会进入一个 Socket 队列中，当 socket 可读则交给单线程事件分发器逐个被执行。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
此外，有些命令操作可以用后台线程或子进程执行（比如数据删除、快照生成、AOF 重写）

> 那redis6.0为什么要引入多线程？

随着硬件性能提升，redis的性能瓶颈可能出现网络IO的读写，也就是：**单个线程处理网络读写的速度更不上底层网络硬件的速度**

读写网络的read/write系统调用占用了redis执行期间大部分CPU时间，瓶颈主要在于网络的IO消耗，优化主要有两个方向

*  提高网络 IO 性能，典型的实现比如使用 DPDK来替代内核网络栈的方式、零拷贝技术。
 *  使用多线程充分利用多核，提高网络请求读写的并行度，典型的实现比如 Memcached。

零拷贝技术有其局限性，无法完全适配redis这一复杂的网络IO模型。而DPDK技术通过旁路网卡IO绕过内核协议栈的方式又太过于复杂以及需要内核甚至硬件的支持，所以我们只能从后者下手啦。

主要注意的是，**redis多IO线程模型只用来处理网络读写请求，对于redis的读写命令，依然是单线程处理**。

这是因为：

*  网络处理经常是瓶颈，需要通过多线程并行处理可提高性能
 *  继续使用单线程执行读写命令，不需要为了保证LUA脚本、事务等开发多线程安全机制，实现更简单

架构图如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

> 主线程与 IO 多线程是如何实现协作呢？（**Redis 6.0 多线程的实现机制**？）

*  主线程负责接收建立连接过程，获取socket放入全局等待读处理队列
 *  主线程通过轮询将可读socket分配给IO线程
 *  主线程阻塞等待IO线程读取socket完成
 *  主线程执行IO线程读取和解析出来的redis请求命令
 *  主线程阻塞等待 IO 线程将指令执行结果回写回 socket完毕；
 *  主线程清空全局队列，等待客户端后继的请求

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
该设计有如下特点：

*  IO 线程要么同时在读 Socket，要么同时在写，不会同时读或写。
 *  IO 线程只负责读写 Socket 解析命令，不负责命令处理。

> 开启多线程后，是否会存在线程并发安全问题？

不存在。

从实现机制可以看出，redis的多线程部分只是用来处理网络数据的读写和协议解析，执行命令仍然是单线程顺序执行

所以我们不需要去考虑控制 Key、Lua、事务，LPUSH/LPOP 等等的并发及线程安全问题。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]

> Redis6.0与Memcached多线程模型对比：

相同点：都采用了master线程—worker线程的模型

不同点：

*  memcached执行主逻辑也是在worker线程里面，模型更进简单，实现了真正的线程隔离
 *  redis把处理逻辑交还给了master线程，虽然在一定程序上增加了模型复杂度，但也解决了线程并发安全等问题

> Redis 6.0 默认是否开启了多线程?

Redis 6.0 的多线程默认是禁用的，只使用主线程。如需开启在conf文件进行配置

io-threads-do-reads yes
    io-threads 线程数

官方建议：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，线程数一定要小于机器核数，尽量不超过8个。

线程数并不是越大越好，官方认为超过了 8 个基本就没什么意义了。

[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/9100f6d8a0dd4012b3b86c7c70f24b2b.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220828/c69216e80c1a4da3934f2cdf028ea66b.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]: /images/20220828/61922a25f78146bf8b49d681e6b1b211.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/60c55e5bc281454780930cb386858aa9.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAT2NlYW4mJlN0YXI_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]: /images/20220828/448de18929e44e9c8d4e7b76ced2b7d2.png