Java 面试宝典：Redis 的线程模型是怎么样的？

news2024/11/17 0:41:04

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Redis 的线程模型其实是分两块的：

Redis 6.0 之前的单线程模型。其实从 4.0 开始，Redis 并不是严格意义上的单线程模型，因为 Redis 除了主线程外，也有一些后台的线程或者子进程在处理任务（例如清理脏数据、生成快照、AOF 重写），这个时候大家所说的单线程应该是 Redis 的主线程模型。
Redis 6.0 之后的多线程模型。Redis 在 6.0 之后引入了一种多线程模型，用于处理网络 I/O 的任务。

所以，你的回答要涉及这两个方面。

Redis 的单线程是指Redis 在执行一次命令时是单线程的。其过程包括「接收客户端请求 -> 解析请求 ->数据读写等操作->返回结果给客户端」，这个过程是由一个主线程来完成的，这也是我们常说 Redis 是单线程的原因。Redis 的模型是基于单线程事件驱动模型，内部使用文件事件处理器，而这个文件事件处理是单线程的，也就决定了 Redis 是单线程的。其核心原理是：采用 IO多路复用机制同时监听多个 socket，将产生事件的 socket 压入内存队列中，事件分派器根据 socket 上的事件类型来选择对应的事件处理器进行处理。
随着底层网络硬件越来越好，Redis 的性能瓶颈逐渐体现在网络 I/O 的读写上，单个线程处理网络 I/O 读写的速度跟不上底层网络硬件执行的速度。所以为了提高 Redis 的性能，在 Redis 6.0 引入多线程模型，该多线程模型只用来处理网络数据的读写和协议解析，执行读写命令的仍然是单线程。

Redis 线程模型详解

Redis 的单线程模型

Redis 的单线程是指Redis 在执行一次命令时是单线程的。Redis 客户端与服务端的模型可以简化如下图：

步骤2 执行命令为单线程，其过程包括「接收客户端请求 -> 解析请求 ->数据读写等操作->返回结果给客户端」，这个过程是由一个主线程来完成的，这也是我们常说 Redis 是单线程的原因。

从 Redis 的内部设计来说，Redis 是基于 Reactor 模式开发了自己的网络事件处理器，这个处理器称之为文件事件处理器，而这个文件事件处理器是单线程的，这就决定了 Redis 是单线程的。文件事件处理器包含 5 个部分：

多个 socket：Redis 网络通信的起点，Redis 服务器为每个连接的客户端维护一个套接字，用于接收请求和发送响应。
IO 多路复用程序：文件事件处理器的核心。它负责监控所有套接字并确定哪些套接字准备好进行读写操作。
任务队列：处理的任务的队列。
文件事件分派器：当 I/O 多路复用程序确定某个套接字准备好读写时，文件事件分派器负责将这个事件分派给相应的事件处理器。
事件处理器：Redis 对不同类型的文件事件定义了相应的事件处理器。当特定类型的事件发生时，对应的事件处理器会被触发以处理这些事件。

多个 socket 会产生不同的操作，每个操作对应一个不同的文件事件， IO 多路复用程序会监听多个 socket，将产生的事件放入到任务队列中排队，文件事件分派器每次从任务队列中获取一个事件，将其转发给对应的事件处理器进行处理。如下：

客户端与 Redis 服务端建立连接的过程

Redis sever 启动时，会把 AE_READABLE 事件与连接应答处理器关联。
当客户端向 Redis 发起连接时，这是 Server Socket 会产生一个 AE_READABLE 事件，IO 多路复用程序监听到该事件后将 socket信息压入到任务队列中。
文件事件分派器每次从任务队列中取一个 socket ，将其交给事件处理器，由于在 Redis 初始化时 AE_READABLE 是与连接应答处理器关联，所以就由连接应答处理器来处理该事件。
连接应答处理器会创建一个与该客户端通信的 Socket（我们这里叫 socket1），并将 socket1 的 AE_READABLE 事件与命令请求处理器关联。

客户端发送请求给 Redis 服务端过程

客户端发送读写请求（比如 set key value）给服务端，首先会在对应的 Socket（socket1）上面产生一个 AE_READABLE事件，IO 多路复用程序监听到该事件后将 socket信息压入到任务队列中。
文件事件分派器从任务队列中取 Socket 信息转发给事件处理器，由于建立连接时 socket1 的 AE_READABLE 事件已经与命令请求处理器关联了，所以文件事件分派器将命令请求处理器。
命令处理器读取该 Socket 的相关信息后执行相关命令，操作完成后，会将 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器关联。

如果客户端已经准备好了接收结果，那么 socket1 会产生一个 AE_WRITABLE，IO 多路复用程序将 Socket 压入队列，然后由文件事件派发器转发给事件处理器。
由于 socket1 的AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器关联，所以由命令回复处理器处理，命令回复处理器将准备好的相应数据写入socket01(socket连接是双向的)，返回给客户端，之后解除 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器的关联。

Redis 的 I/O 多线程模型

我们 Redis 是基于内存操作，内存的响应时长大约为 100 纳秒，单线程的 Redis 处理数据的极限是 80,000 到 100,000 QPS，对于绝大多数的场景来说，单线程的 Redis 其实是已经够用了。

但是，随着底层网络硬件越来越好，Redis 的性能瓶颈逐渐体现在 I/O 的读写上（CPU 从来都不是 Redis 的性能瓶颈），单个线程处理网络 I/O 读写的速度跟不上底层网络硬件执行的速度。所以，为了提高 Redis 的整体性能，在 6.0 引入多线程，注意，引入的多线程模型只⽤来处理处理网络数据的读写和协议解析，对于 Redis 的读写命令，依然是单线程处理。