03|高性能IO模型：为什么单线程Redis能那么快？

1.基本概念

• 什么是redis的单线程（核心功能在单线程上，并不是所有功能）

  • redis的网络IO和键值对读写是由一个线程完成的（redis的核心服务）

  • redis的其他功能由额外线程完成

    • 持久化
    • 异步删除
    • 集群数据同步

2.redis为什么用单线程

• 多线程的开销

  • 使用多线程可以增加系统吞吐率（每个请求），增加系统扩展性

  • 无限的增加线程数，导致吞吐量下降

    • 被多线程同时访问共享资源，比如共享的数据结构
    • 为了保证线程安全，导致性能的牺牲
    • 粗粒度的锁导致所有串行，系统的吞吐率随着线程的增加而增加

• 因此为了节省并发资源的管理，redis使用单线程，保证所有操作串行化

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3.单线程的redis为什么快

• redis大部分操作都在内存上+高效的数据结构
• redis采用多路复用机制，在网络中处理大量客户端请求，实现高吞吐率

4.socket

• socket通信过程（网络IO处理+键值对读写+网络IO处理）

  • SimpleKV 为了处理一个 Get 请求
  • 需要监听客户端请求（bind/listen）
  • 和客户端（代码）建立连接（accept）
  • 从 socket 中读取请求（recv）
  • 解析客户端发送请求（parse）
  • 根据请求类型读取键值数据（get）
  • 最后给客户端返回结果，即向 socket 中写回数据（send）

• 潜在的阻塞点

  • accept() 未能成功建立连接时，会一直阻塞\

  • recv() 从客户端读取数据时，会一直阻塞\

• socket的非阻塞模式
• 保证 Redis 线程，既不会像基本 IO 模型中一直在阻塞点等待，也不会导致 Redis 无法处理实际到达的连接请求或数据
• Linux 中的 IO 多路复用机制\

5.多路复用

• Linux中的IO多路复用机制指一个线程处理多个IO流，select/poll

• 在单线程下，同时存在监听多个套接字和已连接套接字

• 具体实现

  • FD是多个套接字

  • Redis使用epoll机制，让内核监听套接字

  • Redis可以和多个客户端连接并处理请求，从而提升并发性

  • select/epoll提供了基于事件的回调机制，针对不同的事件调用对应的处理函数

    • 首先将事件放入事件队列，无需润徐请求是否实际发生，避免CPU资源浪费
    • 根据相应的事件执行响应的操作

6.总结

• redis真的是单线程吗

  • 对网络 IO 和数据读写的操作采用了一个线程\

• 为什么用单线程

  • 避免多线程开发的并发控制问题
  • 多路复用的 IO 模型密切相关\

• 单线程为什么这么快

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