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很多開發(fā)者對(duì)Redis的單線程和I/O多路復(fù)用技術(shù)并不是很了解，所以我用簡(jiǎn)單易懂的語言讓大家了解下Redis單線程和I/O多路復(fù)用技術(shù)的原理，對(duì)學(xué)好和運(yùn)用好Redis打下基礎(chǔ)。

一、Redis的單線程理解

Redis客戶端對(duì)服務(wù)端的每次調(diào)用都經(jīng)歷了發(fā)送命令，執(zhí)行命令，返回結(jié)果三個(gè)過程。其中執(zhí)行命令階段，由于Redis是單線程來處理命令的，所有到達(dá)服務(wù)端的命令都不會(huì)立刻執(zhí)行，所有的命令都會(huì)進(jìn)入一個(gè)隊(duì)列中，然后逐個(gè)執(zhí)行，并且多個(gè)客戶端發(fā)送的命令的執(zhí)行順序是不確定的，但是可以確定的是不會(huì)有兩條命令被同時(shí)執(zhí)行，不會(huì)產(chǎn)生并發(fā)問題，這就是Redis的單線程基本模型。

Redis服務(wù)器通過socket（套接字）與客戶端或其他Redis服務(wù)器進(jìn)行連接，而文件事件就是服務(wù)器對(duì)socket操作的抽象。服務(wù)器與客戶端或其他服務(wù)器的通信會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的文件事件，而服務(wù)器通過監(jiān)聽并處理這些事件來完成一系列網(wǎng)絡(luò)通信操作。

Redis基于Reactor模式開發(fā)了自己的網(wǎng)絡(luò)事件處理器——文件事件處理器，文件事件處理器使用I/O多路復(fù)用程序來同時(shí)監(jiān)聽多個(gè)socket（I/O多路復(fù)用技術(shù)下面有介紹），并根據(jù)socket目前執(zhí)行的任務(wù)來為socket關(guān)聯(lián)不同的事件處理器。當(dāng)被監(jiān)聽的socket準(zhǔn)備好執(zhí)行連接應(yīng)答、讀取、寫入、關(guān)閉等操作時(shí)，與操作相對(duì)應(yīng)的文件事件就會(huì)產(chǎn)生，這時(shí)文件事件處理器就會(huì)調(diào)用socket之前已關(guān)聯(lián)好的事件處理器來處理這些事件。

二、I/O多路復(fù)用技術(shù)

關(guān)于I/O多路復(fù)用(又被稱為“事件驅(qū)動(dòng)”)，首先要理解的是，操作系統(tǒng)為你提供了一個(gè)功能，當(dāng)你的某個(gè)socket可讀或者可寫的時(shí)候，它可以給你一個(gè)通知。這樣當(dāng)配合非阻塞的socket使用時(shí)，只有當(dāng)系統(tǒng)通知我哪個(gè)描述符可讀了，我才去執(zhí)行read操作，可以保證每次read都能讀到有效數(shù)據(jù)而不做純返回-1和EAGAIN的無用功，寫操作類似。

操作系統(tǒng)的這個(gè)功能是通過select/poll/epoll/kqueue之類的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，這些函數(shù)都可以同時(shí)監(jiān)視多個(gè)描述符的讀寫就緒狀況，這樣，多個(gè)描述符的I/O操作都能在一個(gè)線程內(nèi)并發(fā)交替地順序完成，這就叫I/O多路復(fù)用，這里的“多路”指的是多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，“復(fù)用”指的是復(fù)用同一個(gè)Redis處理線程。

采用多路 I/O 復(fù)用技術(shù)可以讓單個(gè)線程高效的處理多個(gè)連接請(qǐng)求（盡量減少網(wǎng)絡(luò) I/O 的時(shí)間消耗），且 Redis 在內(nèi)存中操作數(shù)據(jù)的速度非常快，也就是說內(nèi)存內(nèi)的操作不會(huì)成為影響Redis性能的瓶頸，所有 Redis 具有很高的吞吐量。

三、常見疑問解答

1、Redis的單線程為什么這么快？

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• 完全基于內(nèi)存，絕大部分請(qǐng)求是純粹的內(nèi)存操作，非?？焖?。數(shù)據(jù)存在內(nèi)存中，類似于HashMap，HashMap的優(yōu)勢(shì)就是查找和操作的時(shí)間復(fù)雜度都是O(1)；

• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)數(shù)據(jù)操作也簡(jiǎn)單，Redis中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是專門進(jìn)行設(shè)計(jì)的；

• 采用單線程，避免了不必要的上下文切換和競(jìng)爭(zhēng)條件，也不存在多進(jìn)程或者多線程導(dǎo)致的切換而消耗 CPU，不用去考慮各種鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖操作，沒有因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)死鎖而導(dǎo)致的性能消耗；

• 使用多路I/O復(fù)用模型，非阻塞I/O；

• Redis直接自己構(gòu)建了VM 機(jī)制 ，因?yàn)橐话愕南到y(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)的話，會(huì)浪費(fèi)一定的時(shí)間去移動(dòng)和請(qǐng)求；

2、為什么不采用多進(jìn)程或多線程處理？

1. 多線程處理可能涉及到鎖

2. 多線程處理會(huì)涉及到線程切換而消耗CPU

3、單線程處理的缺點(diǎn)？

• 耗時(shí)的命令會(huì)導(dǎo)致并發(fā)的下降，不只是讀并發(fā)，寫并發(fā)也會(huì)下降

• 無法發(fā)揮多核CPU性能，不過可以通過在單機(jī)開多個(gè)Redis實(shí)例來完善

4、Redis不存在線程安全問題？

Redis采用了線程封閉的方式，把任務(wù)封閉在一個(gè)線程，自然避免了線程安全問題，不過對(duì)于需要依賴多個(gè)redis操作（即：多個(gè)Redis操作命令）的復(fù)合操作來說，依然需要鎖，而且有可能是分布式鎖。