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我们常说的Redis 是单线程#xff0c;主要是指 Redis 在网络 IO和键值对读写是采用一个线程来完成的#xff0c;这也是 Redis 对外提供键值存储…首先Redis是一个高性能的分布式缓存中间件。其复杂性不言而喻对于Redis整体而言肯定不是只有一个线程。
我们常说的Redis 是单线程主要是指 Redis 在网络 IO和键值对读写是采用一个线程来完成的这也是 Redis 对外提供键值存储服务的核心流程。但对于 Redis 的其他功能来说比如持久化、异步删除、集群数据同步等其实都是由额外的线程执行的。 关于redis有几个基本的说辞 - 单线程 - 基于内存操作速度快 - I/O 多路复用 这里简单分析一下
单线程
单线程的优势
使用单线程可以避免频繁的上下文切换Redis 中有各种类型的数据操作甚至包括一些事务处理如果采用多线程还可能因为加锁导致软件复杂度提升更有可能会因为加解锁甚至出现死锁造成的性能损耗所以使用单线程反而性能会更好
其实是当出现多线程同时在操作一个共享的资源时我们为了保证结果的正确性我们需要有额外的开销来保证如锁。当有锁出现了我们就需要在考虑在什么时候需要获取锁释放锁其中就需要记录锁的状态可想而知性能就会下降。这就是多线程模式在面临高并发场景下共享资源的访问问题。
单线程为什么还可以这么快 实现高性能的一个方面是 Redis 是基于内存操作它内部高效的数据结构如跳表quicklist,listpack,哈希表等还有就是 Redis 采用了 I/O多路复用机制从而保障在网络 I/O 中能够高效的处理并发请求实现高吞吐率。包括高版本中实行的网络IO异步化。这些都是是实现高性能的重要原因。 I/O 多路复用模型
在 Linux 中我们都知道 Linux 对文件的操作实际上就是通过文件描述符fd通过一个进程监听多个文件描述符一旦某个文件描述符准备就绪就会通知对应的程序响应并处理这种通知的方式优势在于在单个时间内能够处理更多的链接。
Linux 中的 I/O 多路复用机制是指一个线程处理多个 IO 流也就是我们通常说的 select/epoll。 在 Redis 单线中允许在内核中同时存在多个监听文件描述符内核会去监听在这上面的链接请求一但有请求就会交给 Redis 线程处理从而实现一个Redis 线程可以处理多个 IO 流。那么什么是 select、epoll
1、 select
select 是一个函数它支持最大的连接数是 1024 或者 2048因为在 select 函数需要传入fd_set 参数这个 fd_set 的长度取决于操作系统的位数 1024 或者 2048。
其中 fd_set 是一个 bitmap当数据没有到缓冲区那么就是 0 反之到了缓冲区就是 1。select 函数的功能是将 fd_set 遍历判断标识位是否存在变化若发生变化就发起中断处理。
2 、epoll
epoll 的首次提出是在 Linux 2.6 内核中他是为了解决 select 的缺点。
它定义了 epoll_event 结构体来处理解决 select 存在最大链接数的限制。epoll 不会遍历所有的文件描述符fdepoll 会将准备就绪的文件描述符维护在一块指定的空间内每次从其中取出已经准备就绪的文件描述符进行处理大大提高了性能。
这就是 select 和 epoll 的区别想看具体的源码可以自行了解这里只是简单的描述一下。
3 、Redis I/O 多路复用模型
在 Redis 中其网络框架调用采用的是复用机制中的 epoll 机制让内核监听文件描述符此时 Redis 线程不会阻塞在某一个特定的监听或已连接的文件描述符从而可以达到同时处理多个链接请求提高并发性能。如下图Redis I/O 多路复用模型 为了当请求到达时会通知 Redis 线程 select/epoll 提供了基于事件的回调机制即针对不同事件的发生调用相应的处理函数。
说说回调机制时如何高效的工作的。当 select/epoll 监测到有文件描述符请求到达时会发出对应的事件处理这些事件会被放到一个事件处理队列中然后 Redis 会对事件进行处理。通过对队列进行轮询可以提高 CPU 利用率。同时Redis 在处理事件时会调用其相应的事件处理函数实现基于事件的回调。最终使得请求能够第一时间及时响应再一步提升 Redis 的相应性能。
举个发起读数据的例子更好的理解上面 Redis I/O 多路复用模型。
当程序发起 Accept 和 Read 事件时 Redis 线程会注册这 Accept 和 Get 事件 对应的回调函数。当 Linux 内核监听到有链接请求或者读数据的请求时会触发 Accept 和 Read 事件与此同时调用 Redis 的 Accept 和 Get 函数进行数据处理。 事件处理流程的更新
Redis 4.0之前的事件处理流程
我们通过IO多路复用器监听来自客户端的socket网络连接然后由主线程进行IO请求的处理以及命令的处理所有操作都是线性的
Redis 4.0 之后加入Lazy Free机制
Redis 4.0 之前在处理客户端命令和IO操作时都是以单线程形式运行期间不会响应其他客户端请求但若客户端向Redis发送一条耗时较长的命令比如删除一个含有上百万对象的Set键或者执行flushdbflushall操作Redis服务器需要回收大量的内存空间这事就会导致Redis服务阻塞对于负载较高的缓存系统来说将会是个灾难。为了解决这个问题在Redis 4.0版本引入了Lazy Free目的是将慢操作异步化这也是在事件处理上向多线程迈进了一步
Redis 6.0 之后将网络IO异步化
从以上的发展历程中我们也能看出Redis 的瓶颈并不在CPU上即使是单线程Redis也能做到很快的响应除非是遇到个别极其耗时的命令这一块我们的Redis也在4.0版本做出了优化但是我们是不是能更进一步优化Redis呢从上图中我们可以看出主线程不光处理大量的命令还需要处理大量的网络IORedis6.0就是基于此将IO操作交由其他线程处理
Redis6.0的多线程默认是禁用的只使用主线程。如需开启需要修改redis.conf配置文件io-threads-do-reads yes
开启多线程后还需要设置线程数否则是不生效的。
线程数一定要小于机器核数。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。
设置线程数修改redis.conf配置文件 io-threads 6
