Redis的IO多路复用

news2025/4/19 6:24:37

1 传统的socket编码模型

传统 Socket 模型通常采用多线程/多进程或阻塞 I/O 的方式处理网络请求。以下是典型实现步骤：

创建套接字（Socket）
步骤：调用 socket() 创建一个 TCP/UDP 套接字。通常把这个套接字称为【主动套接字】（Active Socket）
绑定本地地址（Bind）
步骤：将套接字绑定到本地 IP 和端口

struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080);
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

监听连接（Listen）
步骤：调用 listen 函数，将主动套接字转换为【监听套接字】，开始监听客户端的连接。

listen(sockfd, 5);  // 允许最多 5 个等待连接

接受连接（Accept）
步骤：通过 accept() 接受新连接，返回新套接字（称为：【已连接套接字】）用于通信。
处理请求
关键点：为每个新连接创建独立线程或进程，处理读写操作：
读写数据（阻塞 I/O）
线程/进程内的操作：
读取数据：调用 read() 从客户端读取数据（阻塞直到数据到达）。


listenSocket = socket(); //调用socket系统调用创建一个主动套接字
bind(listenSocket); //绑定地址和端口
listen(listenSocket); //将默认的主动套接字转换为服务器使用的被动套接字，也就是监听套接字
while (1) {  //循环监听是否有客户端连接请求到来
 connSocket = accept(listenSocket);  //接受客户端连接 
 recv(connsocket);  //从客户端读取数据，只能同时处理一个客户端  
 send(connsocket); //给客户端返回数据，只能同时处理一个客户端
}

虽然它能够实现服务器端和客户端之间的通信，但是程序每调用一次 accept 函数，只能处理一个客户端连接。因此，如果想要处理多个并发客户端的请求，我们就需要使用多线程的方法，来处理通过 accept 函数建立的多个客户端连接上的请求。

listenSocket = socket(); //调用socket系统调用创建一个主动套接字
bind(listenSocket);  //绑定地址和端口
listen(listenSocket); //将默认的主动套接字转换为服务器使用的被动套接字，即监听套接字
while (1) { //循环监听是否有客户端连接到来
   connSocket = accept(listenSocket); //接受客户端连接，返回已连接套接字
   pthread_create(processData, connSocket); //创建新线程对已连接套接字进行处理
   
}

//处理已连接套接字上的读写请求
processData(connSocket){
   recv(connsocket); //从客户端读取数据，只能同时处理一个客户端
   send(connsocket); //给客户端返回数据，只能同时处理一个客户端
}

2:为什么redis不采用传统的socket编程模型

虽然这种方法能提升服务器端的并发处理能力，遗憾的是，Redis 的主执行流程是由一个线程在执行，无法使用多线程的方式来提升并发处理能力。所以，该方法对 Redis 并不起作用。

传统 Socket 模型通常采用多线程/多进程或阻塞 I/O，而 Redis 的多路复用模型在设计上存在以下关键差异：

在这里插入图片描述

3 Redis 多路复用的编程模型实现原理

多路I/O复用模型是指使用一个线程来监控多个文件描述符（fd）的读写状态，当某个fd准备好执行读或写操作时，就通知相应的事件处理器来处理。
多路I/O复用模型，就是通过少量线程监控大量连接，提升了线程的利用率，减少了线程阻塞，提高了I/O效率和利用率。避免了阻塞式I/O模型中，单个线程只能等待一个fd的问题。
例如Linux系统中提供了多种多路I/O复用技术的实现方式，如select、poll、epoll等。
select/epoll等IO多路复用技术提供了一种基于事件触发的回调模式，每当有不同事件发生时，Redis能够迅速调用相应的事件处理器，始终保持在处理事件的状态，从而提升了其响应速度。

下面是 IO多路复用技术的一个基础的流程图：

在这里插入图片描述

Redis通过使用IO多路复用技术（如epoll、kqueue或select等），在一个线程内同时监听多个socket连接，当有网络事件发生时（如读写就绪），再逐一处理。
由于Redis线程并不会因为等待某个特定socket的IO操作完毕而停滞，它可以流畅地在多个客户端间切换，即时响应每个客户端的不同请求，从而实现在单线程环境下对大量并发连接的有效处理和高并发性能。
这样可以处理大量并发连接，并在单线程中高效地调度网络事件，使得单线程也能应对高并发场景。
所以Redis服务端，整体来看，就是一个以事件驱动的程序。
它的操作都是基于事件的方式进行的。客户端请求被分发给文件事件分派器，再由事件处理器处理。

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在Redis中，事件驱动架构通过监听和处理各种网络I/O事件以及定时事件，使得Redis服务端能够在一个线程内高效地服务于多个客户端连接，并执行相关的命令操作。

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1. 事件循环（Event Loop）

Redis 的主线程通过一个无限循环（Event Loop）持续监听所有注册的 socket 的事件（如可读、可写、超时等）。当事件发生时（如客户端发送请求），事件循环会触发对应的回调函数处理该事件。

2. 系统级多路复用技术

Redis 使用操作系统提供的多路复用 API（如 epoll（Linux）、kqueue（BSD/macOS）、select/poll（通用））来高效管理大量 socket 连接：

epoll（Linux）：

水平触发（LT, Level Triggered）：当 socket 可读时，只要事件未被处理，每次 epoll_wait 都会返回该事件。
边缘触发（ET, Edge Triggered）：当 socket 可读时，只有第一次 epoll_wait 会返回该事件，后续需确保数据完全处理。
Redis 默认使用 epoll 的边缘触发模式，避免重复触发事件。

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