Redis的线程模型

一、Redis为何选择单线程

在Redis6.0之前，Redis的核心网络模型选择单线程来实现

正如redis官网上说，对于一个 DB 来说，CPU 通常不会是瓶颈，因为大多数请求不会是 CPU 密集型的，而是 I/O 密集型。具体到Redis 的话，如果不考虑 RDB/AOF 等持久化方案，Redis是完全的纯内存操作，执行速度是非常快的，因此这部分操作通常不会是性能瓶颈，Redis 真正的性能瓶颈在于网络 I/O，也就是客户端和服务端之间的网络传输延迟，因此 Redis 6.0版本前选择了单线程的 I/O 多路复用来实现它的核心网络模型

实际上选择单线程原因如下
1.避免过多的上下文切换
2.避免同步机制的开销
如果选择多线程，势必会涉及到底层数据同步的问题，这时可能会引入某些同步机制，比如锁，但是我们知道Redis不仅仅提供了简单的 key-value 数据结构，还有 list、set 和 hash 等等其他丰富的数据结构，而不同的数据结构对同步访问的加锁粒度又不尽相同，可能会导致在操作数据过程中带来很多加锁解锁的开销，增加程序复杂度的同时还会降低性能
3.简单可维护

二、Redis真的是单线程么

讨论这个问题，我们可以从Redis的版本中的两个重要节点说起：

• Redis4.0:引入多线程处理的异步操作，通过非阻塞命令进行异步化，避免阻塞单进程的事件循环
• Redis6.0：在网络模型中实现多线程IO
  我们平时说redis是单线程，主要指的是redis的网络IO的读取与数据库操作都在同一个线程中完成
  在Redis6.0中引入多线程IO，也只是用来处理网络数据的读写和协议的解析，而执行命令依旧是单线程

三、Redis的单线程IO多路复用模型

Redis是基于reactor模型开发了网络事件处理器，这个处理器叫做文件事件处理器，
这个文件事件处理器是单线程的，所以Redis才叫做单线程模型；IO多路复用是IO模型的一种，多路指的是多个socket连接，复用指的是复用一个线程。
100%弄明白5种IO模型

文件事件处理器的结构包含4个部分：
①多个socket
②IO多路复用程序：监听多个socket
③文件事件分派器：分派事件
④事件处理器(命令请求处理器，命令回复处理器，连接应答处理器）

客户端与Redis通信的一次完整流程：
1.在redis启动初始化的时候，redis会将连接应答处理器跟AE_READABLE事件关联起来，接着如果一个客户端跟redis发起连接，此时会产生一个AE_READABLE事件，然后由连接应答处理器来处理跟客户端建立连接，创建客户端对应的socket，同时将这个socket的AE_READABLE事件跟命令请求处理器关联起来。

2.当客户端向redis发起请求的时候（不管是读请求还是写请求，都一样），首先就会在socket产生一个AE_READABLE事件，然后由对应的命令请求处理器来处理。这个命令请求处理器就会从socket中读取请求相关数据，然后进行执行和处理。

3.接着redis这边准备好了给客户端的响应数据之后，就会将socket的AE_WRITABLE事件跟命令回复处理器关联起来，当客户端这边准备好读取响应数据时，就会在socket上产生一个AE_WRITABLE事件，会由对应的命令回复处理器来处理，就是将准备好的响应数据写入socket，供客户端来读取。

4.命令回复处理器写完之后，就会删除这个socket的AE_WRITABLE事件和命令回复处理器的关联关系。

四、Redis6.0多线程的实现机制

具体实现步骤：
1.主线程负责接收建立连接的多个socket放入全局等待队列中，等待读处理队列
2.主线程通过轮询将可读socket分配给IO线程
3.此时主线程阻塞等待IO线程读取socket完成
4.主线程执行IO线程读取和解析出来的redis请求命令
5.主线程阻塞等待IO线程将指令的执行结果写回socket
6.主线程清空全局队列，等待客户端的后续请求

也就是说具体命令执行还是由main线程所在的事件循环单线程处理，只是读写socket事件由IO线程来处理。虽然多线程方案能提升1倍以上的性能，但在我看来整个方案仍然比较粗糙：

• 首先所有命令的执行仍然在主线程中进行，仍然存在性能瓶颈。
• 另外IO 读写为批处理读写，即所有 IO线程先读取完请求数据并且解析为redis命令后，主线程才开始执行解析的命令；然后待主线程执行完所有的redis命令后，才让所有 IO线程再一起回复所有响应；也就是说不同请求需要相互等待，效率不高。