谈谈Redis中的多路复用

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前言

什么是多路服用

Redis中的多路复用

Redis单线程？多线程？

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前言

redis是单线程的（不严谨的讲法的哈），为什么还这么快，很多人相信会回答因为redis是基于内存操作的, 内存的读写速度是非常快的。答到这，逼格还是不够高的，基于内存是一方面，但还有一个关键点是：redis采用了多路复用技术，今天我们就来聊聊这个点。

什么是多路服用

• ​多路：多个客户端连接
• 复用：使用单进程就能够实现同时处理多个客户端的连接 ​

它的基本原理就是不再由应用程序自己监视连接，而是由内核替应用程序监视文件描述符。客户端在操作的时候，会产生具有不同事件类型的 socket。在服务端，I/O 多路复用程序（I/O Multiplexing Module）会把消息放入队列中，然后通过文件事件分派器（Fileevent Dispatcher），转发到不同的事件处理器中。

可以想象一条高速公路，车辆在不同的车道上行驶，但它们共用同一条路。 

I/O多路复用的本质是通过一种机制（系统内核缓冲I/O数据），让单个进程可以监视多个文件描述符， 一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作

在Unix/Linux系统中，常用的IO多路复用机制有以下几种：

• select：是最早引入的IO多路复用机制，通过select函数来监视多个文件描述符的状态变化，但其缺点是性能不高，同时对文件描述符的数量有一定的限制。
•  poll：是select的改进版本，没有了描述符数量的限制，但其性能仍然不是很高。
• epoll：是Linux特有的IO多路复用机制，是目前性能最好的IO多路复用技术。它使用了事件驱动的方式，通过epoll_ctl函数注册文件描述符的事件，然后通过epoll_wait函数等待IO事件的发生。epoll在处理大量连接时具有更好的扩展性和性能。

epoll 最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接 ，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境
中， epoll 的效率就会远远高于 select 和 poll 。 （redis 的iO模型默认采用epoll实现的。）

IO多路复用的主要优点包括：

•  节省了线程/进程的创建和销毁开销，降低了系统资源的占用。
•  可以实现高并发处理，提高系统的性能和吞吐量。
• 编程模型相对简单，代码量较少，易于维护和管理。

	select	poll	epoll
操作方式	遍历	遍历	回调
数据结构	bitmap	数组	红黑树
最大连接数	1024（x86）或者2048（x64）	无上限	无上限
最大支持文件描述符数	有最大值限制	65535	65535
fd拷贝	每次调用，都需要把fd结合从用户态拷贝到内核态	每次调用，都需要把fd结合从用户态拷贝到内核态	只有首次调用的时候拷贝
工作效率	每次都要遍历所有文件描述符，时间复杂度O（n）	每次都要遍历所有文件描述符，时间复杂度O（n）	每次只用遍历需要遍历的文件描述符，时间复杂度O（1）

Redis中的多路复用

Redis 是跑在单线程中，所有的操作都是按照顺序线性执行的，但是由于读写操作等待用户输入或输出都是阻塞的，所以IO操作一般情况下往往不能直接返回，这会导致某一文件的I/O 阻塞导致整个进程无法对其他客户提供服务，I/O多路复用是为了解决这个问题而出现的。

Redis中的IO多路复用模式：

• (1)一个 socket 客户端与服务端连接时，会生成对应一个套接字描述符(套接字描述符是文件描述符的一种)，每一个 socket 网络连接其实都对应一个文件描述符。
• (2)多个客户端与服务端连接时，Redis 使用 「I/O 多路复用程序」 将客户端 socket 对应的 FD 注册到监听列表(一个队列)中。当客服端执行 read、write 等操作命令时，I/O 多路复用程序会将命令封装成一个事件，并绑定到对应的 FD 上。
• (3)「文件事件处理器」使用 I/O 多路复用模块同时监控多个文件描述符（fd）的读写情况，当 accept、read、write 和 close 文件事件产生时，文件事件处理器就会回调 FD 绑定的事件处理器进行处理相关命令操作。

• (4)整个文件事件处理器是在单线程上运行的，但是通过 I/O 多路复用模块的引入，实现了同时对多个 FD 读写的监控，当其中一个 client 端达到写或读的状态，文件事件处理器就马上执行，从而就不会出现 I/O 堵塞的问题，提高了网络通信的性能。

这种IO多路复用机制能够有效地减少系统调用和上下文切换的开销，提高了Redis的性能和并发能力。同时，由于采用了非阻塞IO模型，Redis能够处理大量的连接而不会造成线程堵塞，提高了系统的可伸缩性。

Redis单线程？多线程？

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」。

Redis是单线程来执行命令的，每一条到达读服务端的命令并不会立即执行，所有的命令都会进入一个 socket 任务队列中，当 socket 可读则交给单线程事件分发器逐个被执行，即一个线程处理所有网络请求

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。Redis 多 IO 线程模型只⽤来处理处理网络数据的读写和协议解析，对于 Redis 的读写命令，依然是单线程处理。

因为网络 I/O 在 Redis 执行期间占用了大部分 CPU 时间, 所以把网络 I/O 部分单独抽离出来, 做成多线程的方式。这里所说的多线程, 其实就是将 Redis 单线程中做的这两件事情"从客户端读取数据、回写数据给客户端"(也可以称为网络 I/O), 处理成多线程的方式, 但是"执行 Redis 命令"还是在主线程中串行执行, 这个逻辑保持不变