Redis系列----redis网络模型2

一、redis单双线程判断

一、redis单线程定义

        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。

        但Redis的其他功能比如持久化RDB、AOF、异步删除、集群数据同步等等,其实是由额外的线程执行的。

Redis命令工作线程是单线程的,但是,整个Redis来说,是多线程的;

二、redis单双线程 

        redis是单线程这个说法到如今是不太严谨的了。Redis的版本很多3.x、4.x、6.x,版本不同架构也是不同的,不限定版本问是否单线程也不太严谨。

        版本3.x ,最早版本,也就是大家口口相传的redis是单线程

        版本4.x,严格意义来说也不是单线程,而是负责处理客户端请求的线程是单线程,但是开始加了点多线程的东西(异步删除)。

        2020年5月版本的6.0.x后及2022年出的7.0版本后,告别了大家印象中的单线程,用一种全新的多线程来解决问题。

 三、Redis3.x单线程时代但性能依旧很快主要原因

1、基于内存操作:redis的所有数据都在内存中,因此所有的运算都是内存级别的,所以他的性能比较高。

2、数据结构简单:redis的数据结构是专门设计的,而这些简单的数据结构的查找和操作时间都是O(1),所以性能较高

3、多路复用和非阻塞I/O:redis采用I/O多路复用来监听多个socket连接客户端,这样就可以用一个线程连接来处理多个请求,减少线程之间的切换所带来的开销,同时也避免了I/O阻塞操作

4、避免上下文切换:单线程模型,避免了上线文线程的切换,减少了切换所带来的性能开销,也避免了死锁的产生。

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他的大体意思是说 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(采用多线程也并不会带来巨大的性能提升),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、备份等功能。 

简单来说,Redis4.0之前一直采用单线程的主要原因有以下四个: 

1、使用单线程模型是 Redis 的开发和维护更简单,因为单线程模型方便开发和调试;

2、即使使用单线程模型也并发的处理多客户端的请求,主要使用的是IO多路复用和非阻塞IO;

3、对于Redis系统来说主要的性能瓶颈是内存或者网络带宽而并非 CPU。

4、况且多线程会导致过多的上下文切换,带来不必要的开销,且引入多线程就会面临线程安全问题,必然会引入锁机制,实现复杂度增高,性能也会大打折扣。

二、redis多线程的登场 

在Redis6/7中,非常受关注的第一个新特性就是多线程。

        这是因为,Redis一直被大家熟知的就是它的单线程架构,虽然有些命令操作可以用后台线程或子进程执行(比如数据删除、快照生成、AOF重写)。但是,从网络IO处理到实际的读写命令处理,都是由单个线程完成的。

        随着网络硬件的性能提升,Redis的性能瓶颈有时会出现在网络IO的处理上,也就是说,单个主线程处理网络请求的速度跟不上底层网络硬件的速度。

        为了应对这个问题(充分压榨硬件性能):redis采用多个IO线程来处理网络请求,提高网络请求处理的并行度,Redis6/7就是采用的这种方法。但是,Redis的多IO线程只是用来处理网络请求的,对于读写操作命令Redis仍然使用单线程来处理。这是因为,Redis处理请求时,网络处理经常是瓶颈,通过多个IO线程并行处理网络操作,可以提升实例的整体处理性能。而继续使用单线程执行命令操作,就不用为了保证Lua脚本、事务的原子性,额外开发多线程互斥加锁机制了在·(不管加锁操作处理),这样一来,Redis线程模型实现就简单了

三、redis 单线程网络模型

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四、redis多线程网络型

redis 6.0版本中引入多线程,目的是为了提高IO读写效率,因此在解析客户端命令。写响应结果时采用多线程,核心的命令执行和IO多路复用模块依然是由主线程执行。

Redis系列----redis网络模型2_第5张图片五、redis7多线程的开启

Redis7将所有数据放在内存中,内存的响应时长大约为100纳秒,对于小数据包,Redis服务器可以处理8W到10W的QPS,这也是Redis处理的极限了,对于80%的公司来说,单线程的Redis已经足够使用了。

 在Redis6.0及7后,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

1、设置io-thread-do-reads配置项为yes,表示启动多线程。

2、设置线程个数。关于线程数的设置,官方的建议是如果为 4 核的 CPU,建议线程数设置为 2 或 3,如果为 8 核 CPU 建议线程数设置为 6,线程数一定要小于机器核数,线程数并不是越大越好。

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六、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 Redis6/7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。

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