第十二章_Redis单线程 VS 多线程

正常情况下使用 del 指令可以很快的删除数据，而当被删除的 key 是一个非常大的对象时，例如时包含了成千上万个元素的 hash 集合时，那么 del 指令就会造成 Redis 主线程卡顿。

这就是redis3.x单线程时代最经典的故障，大key删除的头疼问题，

由于redis是单线程的，del  bigKey .....

等待很久这个线程才会释放，类似加了一个synchronized锁，你可以想象高并发下，程序堵成什么样子？

如何解决

使用惰性删除可以有效的避免 Redis 卡顿的问题

案例

在Redis 4.0就引入了多个线程来实现数据的异步惰性删除等功能，但是其处理读写请求的仍然只有一个线程，所以仍然算是狭义上的单线程。

简单概述redis6/7的多线程特性和IO多路复用

在Redis6/7中，非常受关注的第一个新特性就是多线程。

这是因为，Redis一直被大家熟知的就是它的单线程架构，虽然有些命令操作可以用后台线程或子进程执行（比如数据删除、快照生成、AOF重写）。但是，从网络IO处理到实际的读写命令处理，都是由单个线程完成的。

随着网络硬件的性能提升，Redis的性能瓶颈有时会出现在网络IO的处理上，也就是说，单个主线程处理网络请求的速度跟不上底层网络硬件的速度,

为了应对这个问题:

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，Redis6/7就是采用的这种方法。

但是，Redis的多IO线程只是用来处理网络请求的，对于读写操作命令Redis仍然使用单线程来处理。这是因为，Redis处理请求时，网络处理经常是瓶颈，通过多个IO线程并行处理网络操作，可以提升实例的整体处理性能。而继续使用单线程执行命令操作，就不用为了保证Lua脚本、事务的原子性，额外开发多线程互斥加锁机制了(不管加锁操作处理)，这样一来，Redis线程模型实现就简单了

主线程和IO线程是怎么协作完成请求处理的-精讲版

分为四个阶段

 Unix网络编程中的五种IO模型

1.  Blocking IO - 阻塞IO
2. NoneBlocking IO - 非阻塞IO
3. IO multiplexing - IO多路复用
   
   Linux世界一切皆文件
   
   文件描述符、简称FD，句柄
   
   FileDescriptor
   
   文件描述符（File descriptor）是计算机科学中的一个术语，是一个用于表述指向文件的引用的抽象化概念。文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。
   
   
   
   首次浅谈IO多路复用，IO多路复用是什么
   
   一种同步的IO模型，实现一个线程监视多个文件句柄，一旦某个文件句柄就绪就能够通知到对应应用程序进行相应的读写操作，没有文件句柄就绪时就会阻塞应用程序，从而释放CPU资源
   
   概念
   
   I/O ：网络 I/O，尤其在操作系统层面指数据在内核态和用户态之间的读写操作
   
   多路：多个客户端连接（连接就是套接字描述符，即 socket 或者 channel）
   
   复用：复用一个或几个线程。
   
   IO多路复用：也就是说一个或一组线程处理多个TCP连接,使用单进程就能够实现同时处理多个客户端的连接，无需创建或者维护过多的进程/线程
   
   一句话:
   
   一个服务端进程可以同时处理多个套接字描述符。
   
   实现IO多路复用的模型有3种：可以分select->poll->epoll三个阶段来描述。
   
   场景体验，引出epoll
   
   场景解析
    

   模拟一个tcp服务器处理30个客户socket。

   假设你是一个监考老师，让30个学生解答一道竞赛考题，然后负责验收学生答卷，你有下面几个选择：

   第一种选择(轮询)：按顺序逐个验收，先验收A，然后是B，之后是C、D。。。这中间如果有一个学生卡住，全班都会被耽误,你用循环挨个处理socket，根本不具有并发能力。

   第二种选择(来一个new一个，1对1服务)：你创建30个分身线程，每个分身线程检查一个学生的答案是否正确。 这种类似于为每一个用户创建一个进程或者线程处理连接。

   第三种选择(响应式处理，1对多服务)，你站在讲台上等，谁解答完谁举手。这时C、D举手，表示他们解答问题完毕，你下去依次检查C、D的答案，然后继续回到讲台上等。此时E、A又举手，然后去处理E和A。。。这种就是IO复用模型。Linux下的select、poll和epoll就是干这个的。

   IO多路复用模型，简单明了版理解
   
   将用户socket对应的文件描述符(FileDescriptor)注册进epoll，然后epoll帮你监听哪些socket上有消息到达，这样就避免了大量的无用操作。此时的socket应该采用非阻塞模式。这样，整个过程只在调用select、poll、epoll这些调用的时候才会阻塞，收发客户消息是不会阻塞的，整个进程或者线程就被充分利用起来，这就是事件驱动，所谓的reactor反应模式。
   
   
    

   在单个线程通过记录跟踪每一个Sockek(I/O流)的状态来同时管理多个I/O流. 一个服务端进程可以同时处理多个套接字描述符。

   目的是尽量多的提高服务器的吞吐能力。

   大家都用过nginx，nginx使用epoll接收请求，ngnix会有很多链接进来， epoll会把他们都监视起来，然后像拨开关一样，谁有数据就拨向谁，然后调用相应的代码处理。redis类似同理，这就是IO多路复用原理，有请求就响应，没请求不打扰。
   
   小总结
   
   只使用一个服务端进程可以同时处理多个套接字描述符连接
   
   

   面试题：redis为什么这么快

   备注：

   IO多路复用+epoll函数使用，才是redis为什么这么快的直接原因，而不是仅仅单线程命令+redis安装在内存中。

4. signal driven IO - 信号驱动IO
5. asynchronous IO - 异步IO

简单说明

Redis工作线程是单线程的，但是，整个Redis来说，是多线程的；

主线程和IO线程是怎么协作完成请求处理的-精简版

I/O 的读和写本身是堵塞的，比如当 socket 中有数据时，Redis 会通过调用先将数据从内核态空间拷贝到用户态空间，再交给 Redis 调用，而这个拷贝的过程就是阻塞的，当数据量越大时拷贝所需要的时间就越多，而这些操作都是基于单线程完成的。

从Redis6开始，就新增了多线程的功能来提高 I/O 的读写性能，他的主要实现思路是将主线程的 IO 读写任务拆分给一组独立的线程去执行，这样就可以使多个 socket 的读写可以并行化了，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IO的时间消耗），将最耗时的Socket的读取、请求解析、写入单独外包出去，剩下的命令执行仍然由主线程串行执行并和内存的数据交互。

结合上图可知，网络IO操作就变成多线程化了，其他核心部分仍然是线程安全的，是个不错的折中办法。 

结论

Redis6→7将网络数据读写、请求协议解析通过多个IO线程的来处理 ，

Redis7默认是否开启了多线程？ 

Redis自身出道就是优秀，基于内存操作、数据结构简单、多路复用和非阻塞 I/O、避免了不必要的线程上下文切换等特性，在单线程的环境下依然很快；

但对于大数据的 key 删除还是卡顿厉害，因此在 Redis 4.0 引入了多线程unlink key/flushall async 等命令，主要用于 Redis 数据的异步删除；

而在 Redis6/7中引入了 I/O 多线程的读写，这样就可以更加高效的处理更多的任务了，Redis 只是将 I/O 读写变成了多线程，而命令的执行依旧是由主线程串行执行的，因此在多线程下操作 Redis 不会出现线程安全的问题。

Redis 无论是当初的单线程设计，还是如今与当初设计相背的多线程，目的只有一个：让 Redis 变得越来越快。

所以 Redis 依旧没变，他还是那个曾经的少年，O(∩_∩)O哈哈~

面试题