Redis面试题（IO多路复用）
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Redis是单线程的，但是为什么还那么快？
阻塞IO
非阻塞IO
IO多路复用
网络模型
面试回答
Redis是单线程的，但是为什么还那么快？
答：Redis是纯内存操作，执行速度非常快
采用单线程，避免不必要的上下文切换可竞争条件，多线程还要考虑线程安全问题
使用I/O多路复用模型，非阻塞IO
Redis是纯内存操作，执行速度非常快，它的性能瓶颈是网络延迟而不是执行速度， I/O多路复用模型主要就是实现了高效的网络请求
Linux系统中一个进程使用的内存情况划分两部分：内核空间、用户空间。用户空间只能执行受限的命令（Ring3），而且不能直接调用系统资源，必须通过内核提供的接口来访问；内核空间可以执行特权命令（Ring0），调用一切系统资源。
Linux系统为了提高IO效率，会在用户空间和内核空间都加入缓冲区：
写数据时，要把用户缓冲数据拷贝到内核缓冲区，然后写入设备
读数据时，要从设备读取数据到内核缓冲区，然后拷贝到用户缓冲区
在整个过程中，会涉及到各种状态的切换，其中影响IO效率的主要有两个原因
第一个是在用户空间需要数据的时候，需要从内核中获取数据，假如现在内核中没有数据，那用户进程只能等待数据，假如内核一直没有数据，用户线程就会无线的等待下去
第二个是数据的拷贝，读数据的时候需要从内核拷贝到用户中，写数据需要从用户拷贝到内核，这种来回的反复的拷贝会非常影响性能
所以我们需要从两个方面来解决这个问题，一是减少无效的等待，二是减少内核空间和用户空间之间的拷贝
阻塞IO
阻塞IO就是两个阶段都必须阻塞等待：
阶段一：
用户进程尝试读取数据（比如网卡数据）
此时数据尚未到达，内核需要等待数据
此时用户进程也处于阻塞状态
阶段二：
数据到达并拷贝到内核缓冲区，代表已就绪
将内核数据拷贝到用户缓冲区
拷贝过程中，用户进程依然阻塞等待
拷贝完成，用户进程解除阻塞，处理数据
可以看到，阻塞IO模型中，用户进程在两个阶段都是阻塞状态。
非阻塞IO
非阻塞IO的recvfrom操作会立即返回结果而不是阻塞用户进程。
阶段一：
用户进程尝试读取数据（比如网卡数据）
此时数据尚未到达，内核需要等待数据
返回异常给用户进程
用户进程拿到error后，再次尝试读取
循环往复，直到数据就绪
阶段二：
将内核数据拷贝到用户缓冲区
拷贝过程中，用户进程依然阻塞等待
拷贝完成，用户进程解除阻塞，处理数据
可以看到，非阻塞IO模型中，用户进程在第一个阶段是非阻塞，第二个阶段是阻塞状态。虽然是非阻塞，但性能并没有得到提高。而且忙等机制会导致CPU空转，CPU使用率暴增。
IO多路复用
IO多路复用：是利用单个线程来同时监听多个Socket ，并在某个Socket可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待，充分利用CPU资源。
阶段一：
用户进程调用select，指定要监听的Socket集合
内核监听对应的多个socket
任意一个或多个socket数据就绪则返回readable
此过程中用户进程阻塞
阶段二：
用户进程找到就绪的socket
依次调用recvfrom读取数据
内核将数据拷贝到用户空间
用户进程处理数据
IO多路复用是利用单个线程来同时监听多个Socket ，并在某个Socket可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待，充分利用CPU资源。不过监听Socket的方式、通知的方式又有多种实现，常见的有：
- select
- poll
- epoll
-
差异：
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select和poll只会通知用户进程有Socket就绪，但不确定具体是哪个Socket ，需要用户进程逐个遍历Socket来确认
-
epoll则会在通知用户进程Socket就绪的同时，把已就绪的Socket写入用户空间
-
网络模型
- Redis的网络模型不只是用了IO多路复用，还用到了许多其他的东西
- Redis通过IO多路复用来提高网络性能，并且支持各种不同的多路复用实现，并且将这些实现进行封装， 提供了统一的高性能事件库
面试回答
面试官：Redis是单线程的，但是为什么还那么快？
候选人： 嗯，这个有几个原因 1、完全基于内存的，C语言编写 2、采用单线程，避免不必要的上下文切换可竞争条件 3、使用多路I/O复用模型，非阻塞IO 例如：bgsave 和 bgrewriteaof 都是在后台执行操作，不影响主线程的正常 使用，不会产生阻塞
面试官：能解释一下I/O多路复用模型？
候选人：I/O多路复用是指利用单个线程来同时监听多个Socket ，并 在某个Socket可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待，充分利用CPU 资源。目前的I/O多路复用都是采用的epoll模式实现，它会在通知用户进程 Socket就绪的同时，把已就绪的Socket写入用户空间，不需要挨个遍历 Socket来判断是否就绪，提升了性能。
其中Redis的网络模型就是使用I/O多路复用结合事件的处理器来应对多个 Socket请求，比如，提供了连接应答处理器、命令回复处理器，命令请求处 理器；
在Redis6.0之后，为了提升更好的性能，在命令回复处理器使用了多线程来 处理回复事件，在命令请求处理器中，将命令的转换使用了多线程，增加命令转换速度，在命令执行的时候，依然是单线程