Redis 单线程模型工作原理

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Redis为什么采用单线程模型

当我们探索 Redis 这个强大的数据库工具时，不得不深入了解其单线程模型。这一独特的架构，为 Redis 的出色表现奠定了坚实基础。

首先，Redis 的所有操作都基于内存，这意味着数据的读取和写入速度极快。与传统的数据库系统不同，Redis 不需要频繁地从磁盘读取或写入数据，因此 CPU 通常不是其性能的瓶颈。内存操作的高效性使得 Redis 能够在单线程环境下迅速处理大量请求。

其次，Redis 巧妙地运用了多路复用技术来实现快速处理请求。通过 IO 多路复用机制，Redis 能够同时监听多个套接字的状态变化，而无需为每个套接字创建单独的线程。当有套接字准备好进行读写操作时，Redis 能够及时响应并处理，从而在单线程的情况下实现了高效的并发处理能力。

再者，单线程编程具有显著的优势。一方面，它大大降低了编程的复杂性。相比多线程编程，单线程避免了复杂的线程同步、死锁等问题。开发人员可以更加专注于业务逻辑的实现，而无需花费大量精力去处理线程间的协调和资源竞争。另一方面，单线程模型使得代码更易于维护和调试。当出现问题时，排查错误的范围相对较小，能够更快地定位和解决问题。

Redis单线程模型的构造

文件事件处理器（File Event Handler） ：这是 Redis 单线程模型的核心组件，负责处理各种与客户端交互的事件。而之所以称Redis是单线程模型，就是因为这个文件事件处理器是单线程的。文件事件处理器又包含5个部分，分别是：多个socket、IO多路复用程序、socket队列、文件事件分派器、以及事件处理器(命令请求处理器，命令回复处理器，连接应答处理器）。

文件事件

文件事件是对套接字操作的一种抽象。每当一个套接字准备好执行特定的操作时，就会产生相应的文件事件。

文件事件主要有以下几种类型：

1. AE_READABLE（可读事件）：
   • 当客户端对 Redis 执行 write 操作或者 close 操作时。
   • 当有新的客户端对 Redis 执行 connect 操作，即有新的可应答的套接字出现时。
2. AE_WRITABLE（可写事件）：当客户端对 Redis 执行 read 操作，使得套接字变得可写时，会产生此事件。
3. AE_ACCEPT（连接接受事件）：当有新的客户端连接请求到达，Redis 准备接受连接时产生。

由于一个服务器通常会连接多个套接字，所以多个文件事件有可能会并发地出现。IO 多路复用程序负责监听多个套接字，并向文件事件分派器传送那些产生了事件的套接字。

文件事件处理器的工作流程

1. 初始化设置：在 Redis 启动时，完成文件事件处理器的初始化，包括建立各种事件与相应处理器的关联。
2. 套接字状态监测：IO 多路复用程序持续监测多个套接字的状态，判断是否有可执行的操作，如连接、读取、写入、关闭等。
3. 文件事件触发：当套接字的状态满足特定操作条件时，对应的文件事件被触发。例如，当有新的数据可读或可写时，分别触发 AE_READABLE 和 AE_WRITABLE 事件；当有新连接请求时，触发连接接受事件。
4. 事件检测与传递：IO 多路复用程序检测到触发的文件事件后，将相关套接字的信息传递给文件事件分派器。
5. 事件分配与处理：文件事件分派器根据事件类型，将套接字分配给对应的事件处理器。例如，对于连接接受事件，分配给连接应答处理器；对于可读事件，分配给命令请求处理器；对于可写事件，分配给命令回复处理器。
6. 处理器执行操作：事件处理器接收到分配的任务后，执行相应的操作。比如，连接应答处理器处理新连接的建立，命令请求处理器解析和执行客户端的命令请求，命令回复处理器将处理结果返回给客户端。
7. 循环与持续处理：完成一个事件的处理后，文件事件处理器回到初始的监测状态，等待下一个文件事件的触发和处理，如此循环不断地处理客户端与 Redis 之间的交互。

为什么还需要引入多线程

Redis6.0之前使用的单线程模型，但在6.0之后便引入了多线程，那为什么还需要多线程呢？

虽然 Redis 的核心数据操作是基于单线程模型实现的，并且在大多数情况下能够高效运行，但随着业务需求的增长和数据量的增加，网络 I/O 逐渐成为性能瓶颈。 在网络通信中，数据的读取和发送会占用大量时间。尽管 Redis 使用了 IO 多路复用技术来提高单线程处理网络请求的效率，但在高并发、大数据量传输的场景下，单线程处理网络 I/O 可能无法满足性能要求。 通过引入多线程来处理网络 I/O，可以同时处理多个客户端的请求和数据传输，从而显著提高网络通信的效率，提升 Redis 的整体性能。