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(三)Redis 线程与IO模型
来源:cnblogs  作者:冬先生  时间:2024/6/5 9:22:04  对本文有异议

1、Redis 单线程

通常说 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,其他功能,比如持久化、异步删除、集群数据同步等,是由额外的线程执行的,所以严格来说,Redis 并不是单线程。

多线程开发会不可避免的带来并发控制和资源开销的问题,如果没有良好的系统设计往往会适得其反,为了避免这些问题,Redis 直接采用了单线程模式。

Redis 单线程模型能达到每秒数十万级别的处理能力,一方面是大部分操作在内存上完成 + 高效的数据结构,例如哈希表和跳表。另一方面,就是采用了多路复用机制,使其在网络 IO 操作中能并发处理大量的客户端请求,实现高吞吐率。

在了解多路复用之前,要先明白网络操作的基本 IO 模型和潜在的阻塞点。如果单线程被阻塞了,就无法进行多路复用了。以 Get 请求为例如下图,bind/listen、accept、recv、parse 和 send 属于网络 IO 处理,get 属于键值数据操作。
这里的网络 IO 操作中,潜在的阻塞点分别是 accept() 和 recv()。当 Redis 监听到一个客户端有连接请求,但一直未能成功建立起连接时,会阻塞在 accept() 函数这里,导致其他客户端无法和 Redis 建立连接。类似的,当 Redis 通过 recv() 从一个客户端读取数据时,如果数据一直没有到达,Redis 也会一直阻塞在 recv(),这就导致 Redis 整个线程阻塞,无法处理其他客户端请求,效率很低。不过,Socket 网络模型可以设置非阻塞模式,基于此 Linux 中的 IO 多路复用机制就要登场了。

2、多路复用机制

Linux 中的 IO 多路复用机制是指一个线程处理多个 IO 流,就是我们经常听到的 select/epoll 机制。简单来说,在 Redis 只运行单线程的情况下,该机制允许内核中,同时存在多个监听套接字和已连接套接字。内核会一直监听这些套接字上的连接请求或数据请求。一旦有请求到达,就会交给 Redis 线程处理,这就实现了一个 Redis 线程处理多个 IO 流的效果。
图中的多个 FD 就是指多个套接字,Redis 网络框架调用 epoll 机制,让内核监听这些套接字。此时,Redis 线程不会阻塞在某一个特定的监听或已连接套接字上,所以,Redis 可以同时和多个客户端连接并处理请求,从而提升并发性。

为了在请求到达时能通知到 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,select/epoll 一旦监测到 FD 上有请求到达时,就会触发相应的事件。这些事件会被放进一个事件队列,Redis 单线程对该事件队列不断进行处理。这样一来,Redis 无需一直轮询是否有请求实际发生,这就可以避免造成 CPU 资源浪费。同时,Redis 在对事件队列中的事件进行处理时,会调用相应的处理函数,这就实现了基于事件的回调。因为 Redis 一直在对事件队列进行处理,所以能及时响应客户端请求,提升 Redis 的响应性能。

3、Redis 6.0 多线程特性

Redis 6.0 之前,虽然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),但是,从网络 IO 处理到实际的读写命令处理,都是由单个线程完成的,有时会成为 Redis 的性能瓶颈。Redis 6.0 之后采用多个 IO 线程来处理网络请求,提高网络请求处理的并行度,对于读写命令,仍然使用单线程来处理。

具体流程:
(1)主线程接收到客户端连接请求后创建连接,将 Socket 放入全局等待队列中,通过轮询分配给 IO 线程。
(2)分配后主线程就会进入阻塞状态,等待 IO 线程完成客户端请求读取和解析,多个 IO 线程在并行处理,嗖嗖嗖。
(3)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。
(4)主线程执行完请求操作后,把返回结果写入缓冲区,主线程阻塞等待 IO 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 Socket 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 多线程配置

在实际应用中,如果 Redis 实例的 CPU 开销不大,吞吐量却没有提升,可以考虑使用多线程机制提升吞吐量,redis.conf 中设置:
1. 设置 io-thread-do-reads 配置项为 yes,表示启用多线程

io-threads-do-reads yes

2. 设置线程个数要小于 Redis 实例所在机器的 CPU 核个数,例如,对于一个 8 核的机器来说,Redis 官方建议配置 6 个 IO 线程

io-threads  6

原文链接:https://www.cnblogs.com/WinterSir/p/17944862

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