文章目錄

• • Redis為什么用單線程？
  • • 多線程的開銷
  • Redis使用單線程為什么還這么快？
  • 網(wǎng)絡(luò)與IO操作的潛在阻塞點(diǎn)
  • 基于多路復(fù)用的高性能IO模型
  • • 回調(diào)機(jī)制
  • Redis的性能瓶頸點(diǎn)
  • 其他Redis相關(guān)的有趣問題
  • • 1. 為什么要用Redis，直接訪問內(nèi)存不好嗎？
    • 2. 數(shù)據(jù)太多內(nèi)存放不下怎么辦？比如我要緩存100G的數(shù)據(jù)，怎么辦？

Redis想必大家都或多或少聽過吧，我們?cè)诠ぷ鲗W(xué)習(xí)中通常用它來作為緩存使用，既然是作為緩存，大家的第一反應(yīng)肯定是：這家伙很快！

實(shí)際上它確實(shí)也很快 : )，但Redis底層卻是單線程的！有同學(xué)可能就要有疑問了，為什么單線程的Redis卻能夠快到飛起？

別急，我盡量用通俗易懂的語(yǔ)言來給各位說道說道~~

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Redis是單線程，主要是指Redis的網(wǎng)絡(luò)IO和讀寫是由一個(gè)線程來完成的，但Redis的其他功能，比如持久化、異步刪除、集群數(shù)據(jù)同步等，其實(shí)是由額外的線程執(zhí)行的。這不是本文討論的重點(diǎn)，有個(gè)印象即可

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Redis為什么用單線程？

多線程的開銷

通常情況下，在采用多線程后，如果沒有良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其實(shí)是左圖所展示的那樣（注意縱坐標(biāo)）。剛開始增加線程數(shù)時(shí)，系統(tǒng)吞吐率會(huì)增加，再進(jìn)一步增加線程時(shí)，系統(tǒng)吞吐率就增長(zhǎng)遲緩了，甚至還會(huì)出現(xiàn)下降的情況。

關(guān)鍵瓶頸在于： 系統(tǒng)中通常會(huì)存在會(huì)被多線程同時(shí)訪問的共享資源，為了保證共享資源的正確性，就需要有額外的機(jī)制保證線程安全性，例如加鎖，這會(huì)帶來額外的開銷。

比如拿最常用的List類型來舉例吧，假設(shè)Redis采用多線程設(shè)計(jì)，有兩個(gè)線程A和B分別對(duì)List做LPUSH和LPUSH操作，為了使得每次執(zhí)行都是相同的結(jié)果，即【B線程取出A線程放入的數(shù)據(jù)】就需要讓這兩個(gè)過程串行執(zhí)行。這就是多線程編程模式面臨的共享資源的并發(fā)訪問控制問題。

并發(fā)訪問控制一直是多線程開發(fā)中的一個(gè)難點(diǎn)問題：如果只是簡(jiǎn)單地采用一個(gè)互斥鎖，就會(huì)出現(xiàn)即使增加了線程，大部分線程也在等待獲取互斥鎖，并行變串行，系統(tǒng)吞吐率并沒有隨著線程的增加而增加。

同時(shí)加入并發(fā)訪問控制后也會(huì)降低系統(tǒng)代碼的可讀性和可維護(hù)性，所以Redis干脆直接采用了單線程模式。

Redis使用單線程為什么還這么快？

之所以使用單線程是Redis設(shè)計(jì)者多方面衡量的結(jié)果。

Redis的大部分操作在內(nèi)存上完成

采用了高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如哈希表和跳表

采用了多路復(fù)用機(jī)制，使其在網(wǎng)絡(luò)IO操作中能并發(fā)處理大量的客戶端請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)高吞吐率

既然Redis使用單線程進(jìn)行IO，如果線程被阻塞了就無(wú)法進(jìn)行多路復(fù)用了，所以不難想象，Redis肯定還針對(duì)網(wǎng)絡(luò)和IO操作的潛在阻塞點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

網(wǎng)絡(luò)與IO操作的潛在阻塞點(diǎn)

在網(wǎng)絡(luò)通信里，服務(wù)器為了處理一個(gè)Get請(qǐng)求，需要監(jiān)聽客戶端請(qǐng)求（bind/listen），和客戶端建立連接（accept），從socket中讀取請(qǐng)求（recv），解析客戶端發(fā)送請(qǐng)求（parse），最后給客戶端返回結(jié)果（send）。

最基本的一種單線程實(shí)現(xiàn)是依次執(zhí)行上面的操作。

上面標(biāo)紅的accept和recv操作都是潛在的阻塞點(diǎn)：

• 當(dāng)Redis監(jiān)聽到有連接請(qǐng)求，但卻一直不能成功建立起連接時(shí)，就會(huì)阻塞在accept()函數(shù)這里，其他客戶端此時(shí)也無(wú)法和Redis建立連接
• 當(dāng)Redis通過recv()從一個(gè)客戶端讀取數(shù)據(jù)時(shí)，如果數(shù)據(jù)一直沒有到達(dá)，也會(huì)一直阻塞

基于多路復(fù)用的高性能IO模型

為了解決IO中的阻塞問題，Redis采用了Linux的IO多路復(fù)用機(jī)制，該機(jī)制允許內(nèi)核中，同時(shí)存在多個(gè)監(jiān)聽套接字和已連接套接字（select/epoll）。

內(nèi)核會(huì)一直監(jiān)聽這些套接字上的連接或數(shù)據(jù)請(qǐng)求。一旦有請(qǐng)求到達(dá)，就會(huì)交給Redis處理，這就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Redis線程處理多個(gè)IO流的效果。

此時(shí)，Redis線程就不會(huì)阻塞在某一個(gè)特定的客戶端請(qǐng)求處理上，所以它可以同時(shí)和多個(gè)客戶端連接并處理請(qǐng)求。

回調(diào)機(jī)制

select/epoll一旦監(jiān)測(cè)到FD上有請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的事件被放進(jìn)一個(gè)隊(duì)列里，Redis線程對(duì)該事件隊(duì)列不斷進(jìn)行處理，所以就實(shí)現(xiàn)了基于事件的回調(diào)。

例如，Redis會(huì)對(duì)Accept和Read事件注冊(cè)accept和get回調(diào)函數(shù)。當(dāng)Linux內(nèi)核監(jiān)聽到有連接請(qǐng)求或讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，就會(huì)觸發(fā)Accept事件和Read事件，此時(shí)，內(nèi)核就會(huì)回調(diào)Redis相應(yīng)的accept和get函數(shù)進(jìn)行處理。

Redis的性能瓶頸點(diǎn)

經(jīng)過上面的分析，雖然通過多路復(fù)用機(jī)制可以同時(shí)監(jiān)聽多個(gè)客戶端的請(qǐng)求，但Redis仍然有一些性能瓶頸點(diǎn)，這也是我們平時(shí)編程需要極力避免的情況。

1. 耗時(shí)操作
任意一個(gè)請(qǐng)求在Redis中一旦耗時(shí)較久，都會(huì)影響整個(gè)server的性能。后面的請(qǐng)求都要等前面這個(gè)耗時(shí)請(qǐng)求處理完成，自己才能被處理到。

這一點(diǎn)需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)業(yè)務(wù)場(chǎng)景時(shí)去規(guī)避；Redis的lazy-free機(jī)制也把釋放內(nèi)存的耗時(shí)操作放在了異步線程中去執(zhí)行了。

2. 高并發(fā)場(chǎng)景
并發(fā)量非常大時(shí)，單線程讀寫客戶端IO數(shù)據(jù)存在性能瓶頸，雖然采用IO多路復(fù)用機(jī)制，但還是只能單線程依次讀取客戶端的數(shù)據(jù)，無(wú)法利用到CPU多核。

Redis在6.0可以利用CPU多核多線程讀寫客戶端數(shù)據(jù)，但只是針對(duì)客戶端的讀寫是并行的，每個(gè)命令的真正操作還是單線程。

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其他Redis相關(guān)的有趣問題

借此機(jī)會(huì)也提幾個(gè)和redis相關(guān)的有意思的問題。

1. 為什么要用Redis，直接訪問內(nèi)存不好嗎？

這一條其實(shí)并沒有很明確的界定，對(duì)于一些不經(jīng)常變動(dòng)的數(shù)據(jù)，可以直接放到內(nèi)存里，不一定要放到Redis里，可以放到內(nèi)存里。一致性問題：如果一個(gè)數(shù)據(jù)被修改了，數(shù)據(jù)在本地內(nèi)存里的話，可能只有一臺(tái)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)被修改了。如果用Redis里面的話，我們?cè)L問Redis服務(wù)器，可以解決一致性問題。

2. 數(shù)據(jù)太多內(nèi)存放不下怎么辦？比如我要緩存100G的數(shù)據(jù)，怎么辦？

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Redis使用单线程却快到飞起的原因的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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