Redis单线程的正确理解

很多同学对Redis的单线程和I/O多路复用技术并不是很了解，所以我用简单易懂的语言让大家了解下Redis单线程和I/O多路复用技术的原理，对学好和运用好Redis打下基础。

一、Redis的单线程理解

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，所有到达服务端的命令都不会立刻执行，所有的命令都会进入一个队列中，然后逐个执行，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。

Redis服务器通过socket（套接字）与客户端或其他Redis服务器进行连接，而文件事件就是服务器对socket操作的抽象。服务器与客户端或其他服务器的通信会产生相应的文件事件，而服务器通过监听并处理这些事件来完成一系列网络通信操作。

Redis基于Reactor模式开发了自己的网络事件处理器——文件事件处理器，文件事件处理器使用I/O多路复用程序来同时监听多个socket（I/O多路复用技术下面有介绍），并根据socket目前执行的任务来为socket关联不同的事件处理器。当被监听的socket准备好执行连接应答、读取、写入、关闭等操作时，与操作相对应的文件事件就会产生，这时文件事件处理器就会调用socket之前已关联好的事件处理器来处理这些事件。

文件事件处理器的构成：

注意：其中I/O多路复用程序通过队列向文件事件分派器传送socket

二、I/O多路复用技术

关于I/O多路复用(又被称为“事件驱动”)，首先要理解的是，操作系统为你提供了一个功能，当你的某个socket可读或者可写的时候，它可以给你一个通知。这样当配合非阻塞的socket使用时，只有当系统通知我哪个描述符可读了，我才去执行read操作，可以保证每次read都能读到有效数据而不做纯返回-1和EAGAIN的无用功，写操作类似。

操作系统的这个功能是通过select/poll/epoll/kqueue之类的系统调用函数来实现，这些函数都可以同时监视多个描述符的读写就绪状况，这样，多个描述符的I/O操作都能在一个线程内并发交替地顺序完成，这就叫I/O多路复用，这里的“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个Redis处理线程。（正如上图所示）

采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求（尽量减少网络 I/O 的时间消耗），且 Redis 在内存中操作数据的速度非常快，也就是说内存内的操作不会成为影响Redis性能的瓶颈，所有 Redis 具有很高的吞吐量。

三、常见疑问解答

1、Redis的单线程为什么这么快？

1.完全基于内存，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速。数据存在内存中，类似于HashMap，HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1)；

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；

3.采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗；

4.使用多路I/O复用模型，非阻塞I/O；

5.Redis直接自己构建了VM 机制 ，因为一般的系统调用系统函数的话，会浪费一定的时间去移动和请求；

2、为什么不采用多进程或多线程处理？

1.多线程处理可能涉及到锁

2.多线程处理会涉及到线程切换而消耗CPU

3、单线程处理的缺点？

1.耗时的命令会导致并发的下降，不只是读并发，写并发也会下降

2.无法发挥多核CPU性能，不过可以通过在单机开多个Redis实例来完善

4、Redis不存在线程安全问题？

Redis采用了线程封闭的方式，把任务封闭在一个线程，自然避免了线程安全问题，不过对于需要依赖多个redis操作（即：多个Redis操作命令）的复合操作来说，依然需要锁，而且有可能是分布式锁。