Redis为什么这么快？Redis的线程模型与Redis多线程

傷城~ 2022-10-25 14:05 140阅读 0赞

### 一、Redis有多快？ ###

Redis是基于内存运行的高性能 K-V 数据库，官方提供的测试报告是单机可以支持约10w/s的QPS

![这里写图片描述][70]

### 二、**Redis为什么这么快？** ###

（1）完全基于内存，数据存在内存中，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速，跟传统的磁盘文件数据存储相比，避免了通过磁盘IO读取到内存这部分的开销。

（2）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，每种数据结构都有一种或多种数据结构来支持。Redis正是依赖这些灵活的数据结构，来提升读取和写入的性能。

（3）采用单线程，省去了很多上下文切换的时间以及CPU消耗，不存在竞争条件，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，也不会出现死锁而导致的性能消耗。

（4）使用基于IO多路复用机制的线程模型，可以处理并发的链接。

Redis 基于 Reactor 模式开发了自己的网络事件处理器，这个处理器被称为文件事件处理器 file event handler。由于这个文件事件处理器是单线程的，所以Redis才叫做单线程的模型，但是它采用IO多路复用机制同时监听多个Socket，并根据Socket上的事件来选择对应的事件处理器进行处理。文件事件处理器的结构包含4个部分，线程模型如下图：

>  *  多个Socket
>  *  IO多路复用程序
>  *  文件事件分派器
>  *  事件处理器（命令请求处理器、命令回复处理器、连接应答处理器）

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多个 Socket 可能会产生不同的操作，每个操作对应不同的文件事件，但是IO多路复用程序会监听多个Socket，将Socket产生的事件放入队列中排队，事件分派器每次从队列中取出一个事件，把该事件交给对应的事件处理器进行处理。

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队列中，然后逐个被执行。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。

> 多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O 事件的能力，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有 I/O 事件时，就从阻塞态中唤醒，然后程序就会轮询一遍所有的流（epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流），并且依次顺序的处理就绪的流，这种做法就避免了大量的无用操作。
> 
> 这里“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个客户端的网络IO连接请求（尽量减少网络 IO 的时间消耗）

（5）Redis直接自己构建了VM 机制 ，避免调用系统函数的时候，浪费时间去移动和请求

### 三、为什么Redis是单线程？ ###

这里我们强调的单线程，指的是网络请求模块使用一个线程来处理，即一个线程处理所有网络请求，其他模块仍用了多个线程。

那为什么使用单线程呢？官方答案是：因为CPU不是Redis的瓶颈，Redis的瓶颈最有可能是机器内存或者网络带宽。既然单线程容易实现，而且CPU不会成为瓶颈，那就顺理成章地采用单线程的方案了。

但是，我们使用单线程的方式是无法发挥多核CPU 性能，不过我们可以通过在单机开多个Redis 实例来解决这个问题

### 四、Redis6.0 的多线程： ###

**1、Redis6.0 之前为什么一直不使用多线程？**

Redis使用单线程的可维护性高。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。

**2、Redis6.0 为什么要引入多线程呢？**

因为Redis的瓶颈不在内存，而是在网络I/O模块带来CPU的耗时，所以Redis6.0的多线程是用来处理网络I/O这部分，充分利用CPU资源，减少网络I/O阻塞带来的性能损耗。

**3、Redis6.0 如何开启多线程？**

默认情况下Redis是关闭多线程的，可以在conf文件进行配置开启：

> io-threads-do-reads yes
> 
> io-threads 线程数
> 
> \#\# 官方建议的线程数设置：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。

**4、多线程模式下，是否存在线程并发安全问题？**

如图，一次redis请求，要建立连接，然后获取操作的命令，然后执行命令，最后将响应的结果写到socket上。

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在redis的多线程模式下，获取、解析命令，以及输出结果着两个过程，可以配置成多线程执行的，因为它毕竟是我们定位到的主要耗时点，但是命令的执行，也就是内存操作，依然是单线程运行的。所以，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，也就不存在并发安全问题。

[70]: /images/20221024/fe5cec9ab81645e9a3aba22d01c2a9f9.png
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