Redis为什么这么快?Redis的线程模型与Redis多线程
一、Redis有多快?
Redis是基于内存运行的高性能 K-V 数据库,官方提供的测试报告是单机可以支持约10w/s的QPS
二、Redis为什么这么快?
(1)完全基于内存,数据存在内存中,绝大部分请求是纯粹的内存操作,非常快速,跟传统的磁盘文件数据存储相比,避免了通过磁盘IO读取到内存这部分的开销。
(2)数据结构简单,对数据操作也简单。Redis中的数据结构是专门进行设计的,每种数据结构都有一种或多种数据结构来支持。Redis正是依赖这些灵活的数据结构,来提升读取和写入的性能。
(3)采用单线程,省去了很多上下文切换的时间以及CPU消耗,不存在竞争条件,不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁释放锁操作,也不会出现死锁而导致的性能消耗。
(4)使用基于IO多路复用机制的线程模型,可以处理并发的链接。
Redis 基于 Reactor 模式开发了自己的网络事件处理器,这个处理器被称为文件事件处理器 file event handler。由于这个文件事件处理器是单线程的,所以Redis才叫做单线程的模型,但是它采用IO多路复用机制同时监听多个Socket,并根据Socket上的事件来选择对应的事件处理器进行处理。文件事件处理器的结构包含4个部分,线程模型如下图:
- 多个Socket
- IO多路复用程序
- 文件事件分派器
- 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)
多个 Socket 可能会产生不同的操作,每个操作对应不同的文件事件,但是IO多路复用程序会监听多个Socket,将Socket产生的事件放入队列中排队,事件分派器每次从队列中取出一个事件,把该事件交给对应的事件处理器进行处理。
Redis客户端对服务端的每次调用都经历了发送命令,执行命令,返回结果三个过程。其中执行命令阶段,由于Redis是单线程来处理命令的,所有每一条到达服务端的命令不会立刻执行,所有的命令都会进入一个队列中,然后逐个被执行。并且多个客户端发送的命令的执行顺序是不确定的。但是可以确定的是不会有两条命令被同时执行,不会产生并发问题,这就是Redis的单线程基本模型。
多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O 事件的能力,在空闲的时候,会把当前线程阻塞掉,当有一个或多个流有 I/O 事件时,就从阻塞态中唤醒,然后程序就会轮询一遍所有的流(epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流),并且依次顺序的处理就绪的流,这种做法就避免了大量的无用操作。
这里“多路”指的是多个网络连接,“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个客户端的网络IO连接请求(尽量减少网络 IO 的时间消耗)
(5)Redis直接自己构建了VM 机制 ,避免调用系统函数的时候,浪费时间去移动和请求
三、为什么Redis是单线程?
这里我们强调的单线程,指的是网络请求模块使用一个线程来处理,即一个线程处理所有网络请求,其他模块仍用了多个线程。
那为什么使用单线程呢?官方答案是:因为CPU不是Redis的瓶颈,Redis的瓶颈最有可能是机器内存或者网络带宽。既然单线程容易实现,而且CPU不会成为瓶颈,那就顺理成章地采用单线程的方案了。
但是,我们使用单线程的方式是无法发挥多核CPU 性能,不过我们可以通过在单机开多个Redis 实例来解决这个问题
四、Redis6.0 的多线程:
1、Redis6.0 之前为什么一直不使用多线程?
Redis使用单线程的可维护性高。多线程模型虽然在某些方面表现优异,但是它却引入了程序执行顺序的不确定性,带来了并发读写的一系列问题,增加了系统复杂度、同时可能存在线程切换、甚至加锁解锁、死锁造成的性能损耗。
2、Redis6.0 为什么要引入多线程呢?
因为Redis的瓶颈不在内存,而是在网络I/O模块带来CPU的耗时,所以Redis6.0的多线程是用来处理网络I/O这部分,充分利用CPU资源,减少网络I/O阻塞带来的性能损耗。
3、Redis6.0 如何开启多线程?
默认情况下Redis是关闭多线程的,可以在conf文件进行配置开启:
io-threads-do-reads yes
io-threads 线程数
## 官方建议的线程数设置:4核的机器建议设置为2或3个线程,8核的建议设置为6个线程,线程数一定要小于机器核数,尽量不超过8个。
4、多线程模式下,是否存在线程并发安全问题?
如图,一次redis请求,要建立连接,然后获取操作的命令,然后执行命令,最后将响应的结果写到socket上。
在redis的多线程模式下,获取、解析命令,以及输出结果着两个过程,可以配置成多线程执行的,因为它毕竟是我们定位到的主要耗时点,但是命令的执行,也就是内存操作,依然是单线程运行的。所以,Redis 的多线程部分只是用来处理网络数据的读写和协议解析,执行命令仍然是单线程顺序执行,也就不存在并发安全问题。
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