怎么解析Redis6中的单线程和多线程模型

发布时间:2022-01-26 11:07:05 作者:柒染
来源:亿速云 阅读:91

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1. Redis演进史

如果单纯的说redis是单线程或多线程,这个回答肯定不严谨,不同版本使用的线程模型是不一样的。【相关推荐:Redis视频教程】

怎么解析Redis6中的单线程和多线程模型

2. Redis单线程模型

2.1 单线程真实含义

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,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”。这也是Redis对外提供键值存储服务的主要流程。

怎么解析Redis6中的单线程和多线程模型

但Redis的其他功能, 比如持久化、异步删除、集群数据同步等等,其实是由额外的线程执行的。 可以这么说,Redis工作线程是单线程的。但是,整个Redis来说,是多线程的

2.2 单线程性能快原因

Redis 3.x 单线程时代但是性能很快的主要原因

2.3 采用单线程原因

Redis 是基于内存操作的, 因此他的瓶颈可能是机器的内存或者网络带宽而并非 CPU ,既然 CPU 不是瓶颈,那么自然就采用单线程的解决方案了,况且使用多线程比较麻烦。 但是在 Redis 4.0 中开始支持多线程了,例如后台删除等功能
简单来说,Redis  4.0 之前一直采用单线程的主要原因有以下三个:

3. Redis多线程模型

3.1 引入多线程原因

既然单线程那么好,为啥又要引入多线程?单线程也有自己的烦恼,比如大key删除问题: 正常情况下使用 del 指令可以很快的删除数据,而当被删除的 key 是一个非常大的对象时,例如时包含了成千上万个元素的 hash 集合时,那么 del 指令就会造成 Redis 主线程卡顿。

因此,在 Redis 4.0 中就新增了多线程的模块,当然此版本中的多线程主要是为了解决删除数据效率比较低的问题。可以通过惰性删除有效避免Redis卡顿问题(大key删除等问题),步骤如下:

因为Redis是单个主线程处理,redis之父antirez一直强调"Lazy Redis is better Redis". 而lazy free的本质就是把某些cost(主要时间复制度,占用主线程cpu时间片)较高删除操作, 从redis主线程剥离让bio子线程来处理,极大地减少主线阻塞时间。从而减少删除导致性能和稳定性问题。

Redis 4.0 就引入了多个线程来实现数据的异步惰性删除等功能,但是其处理读写请求的仍然只有一个线程,所以仍然算是狭义上的单线程。

从上一小结分析:Redis的主要性能瓶颈是内存或网络带宽而并非CPU。内存问题比较好解决,因此Redis的瓶颈原因为网络IO。接下来,引入多线程模型。

3.2 多线程工作原理

I/O 的读和写本身是堵塞的,比如当 socket 中有数据时,Redis 会通过调用先将数据从内核态空间拷贝到用户态空间,再交给 Redis 调用,而这个拷贝的过程就是阻塞的,当数据量越大时拷贝所需要的时间就越多,而这些操作都是基于单线程完成的。

怎么解析Redis6中的单线程和多线程模型在 Redis 6.0 中新增了多线程的功能来提高 I/O 的读写性能,他的主要实现思路是将主线程的 IO 读写任务拆分给一组独立的线程去执行,这样就可以使多个 socket 的读写可以并行化了,采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求(尽量减少网络IO的时间消耗),将最耗时的Socket的读取、请求解析、写入单独外包出去,剩下的命令执行仍然由主线程串行执行并和内存的数据交互。

怎么解析Redis6中的单线程和多线程模型

结合上图可知,将网络数据读写、请求协议解析通过多个IO线程的来处理,对于真正的命令执行来说,仍然使用主线程操作(线程安全),是个不错的折中办法。因此,对于整个Redis来说是多线程的,但是对于工作线程(命令执行)仍旧是单线程

3.3 工作流程

核心流程大概如下:怎么解析Redis6中的单线程和多线程模型

流程简述如下:

特点如下:

经过有心人士的压测,目前性能能提高 1 倍以上。

疑问1:等待列表不满 一直阻塞不处理吗?
回复:怎么解析Redis6中的单线程和多线程模型阻塞时检测的是,IO 线程是否还有任务。等处理完了才继续往下。这些任务是在执行时添加的,如果 任务数< 线程数,那有些线程就拿不到任务,它的待处理任务就是 0 。分配了任务的线程,在处理好 IO 事件后,pending 就会清零,没拿到任务的线程 pending 本来就是 0,所以不会阻塞。 这块还是有点疑问,哪位大佬可以解释下(评论哈)?

3.4 默认开启多线程吗?

在Redis6.0中, 多线程机制默认是关闭的 ,如果需要使用多线程功能,需要在redis.conf中完成两个设置。怎么解析Redis6中的单线程和多线程模型

4. 总结

Redis自身出道就是优秀,基于内存操作、数据结构简单、多路复用和非阻塞 I/O、避免了不必要的线程上下文切换等特性,在单线程的环境下依然很快;

但对于大数据的 key 删除还是卡顿厉害,因此在 Redis 4.0 引入了多线程unlink key/flushall async 等命令,主要用于 Redis 数据的异步删除;

而在 Redis 6.0 中引入了 I/O 多线程的读写,这样就可以更加高效的处理更多的任务了, Redis 只是将 I/O 读写变成了多线程 ,而 命令的执行依旧是由主线程串行执行的 ,因此在多线程下操作 Redis 不会出现线程安全的问题

Redis 无论是当初的单线程设计,还是如今与当初设计相背的多线程,目的只有一个:让 Redis 变得越来越快。

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