单线程概念

Redis是单线程的原因：

• Redis 单线程指的是「接收客户端请求->解析请求 ->进行数据读写等操作->发送数据给客户端」这个过程是由一个线程（主线程）来完成的

但是，Redis 程序并不是单线程的，Redis 在启动的时候，是会启动后台线程(BIO) 的：

• Redis 在 2.6 版本，会启动 2 个后台线程：处理关闭文件、AOF 刷盘

• Redis 在 4.0 版本之后新增了一个新的后台线程，用来异步释放 Redis 内存，也就是 lazyfree 线程。

  • 当要删除一个大 key 的时候，不要使用 del 命令删除，del 是在主线程处理的，这样会导致 Redis 主线程卡顿。应该使用 unlink 命令来异步删除大key。

• Redis 6.0 版本之后，Redis 在启动的时候，默认情况下会额外创建 6 个线程

  • Redis-server ： Redis的主线程，主要负责执行命令；
  • 三个后台线程（bio_close_file、bio_aof_fsync、bio_lazy_free）
  • 三个 I/O 线程，用来分担 Redis 网络 I/O 的压力。

Redis的三个后台线程

• BIO_CLOSE_FILE，关闭文件任务队列：当队列有任务后，后台线程会调用 close(fd) ，将文件关闭；
• BIO_AOF_FSYNC，AOF刷盘任务队列：当 AOF 日志配置成 everysec 选项后，主线程会把 AOF 写日志操作封装成一个任务，也放到队列中。当发现队列有任务后，后台线程会调用 fsync(fd)，将 AOF 文件刷盘，
• BIO_LAZY_FREE，lazy free 任务队列：当队列有任务后，后台线程会 free(obj) 释放对象 / free(dict) 删除数据库所有对象 / free(skiplist) 释放跳表对象；

Redis单线程模型

图片来自于https://www.xiaolincoding.com/

图中的蓝色部分是一个事件循环，是由主线程负责的，可以看到网络 I/O 和命令处理都是单线程。 Redis 初始化的时候，会做下面这几件事情：

• 首先，调用 epoll_create() 创建一个 epoll 对象和调用 socket() 创建一个服务端 socket
• 然后，调用 bind() 绑定端口和调用 listen() 监听该 socket；
• 然后，将调用 epoll_ctl() 将 listen socket 加入到 epoll，同时注册「连接事件」处理函数。

初始化完后，主线程就进入到一个事件循环函数，主要会做以下事情：

• 首先，先调用处理发送队列函数，看是发送队列里是否有任务，如果有发送任务，则通过 write 函数将客户端发送缓存区里的数据发送出去，如果这一轮数据没有发送完，就会注册写事件处理函数，等待 epoll_wait 发现可写后再处理 。
• 接着，调用 epoll_wait 函数等待事件的到来：
  • 如果是连接事件到来，则会调用连接事件处理函数，该函数会做这些事情：调用 accpet 获取已连接的 socket -> 调用 epoll_ctl 将已连接的 socket 加入到 epoll -> 注册「读事件」处理函数；
  • 如果是读事件到来，则会调用读事件处理函数，该函数会做这些事情：调用 read 获取客户端发送的数据 -> 解析命令 -> 处理命令 -> 将客户端对象添加到发送队列 -> 将执行结果写到发送缓存区等待发送；
  • 如果是写事件到来，则会调用写事件处理函数，该函数会做这些事情：通过 write 函数将客户端发送缓存区里的数据发送出去，如果这一轮数据没有发送完，就会继续注册写事件处理函数，等待 epoll_wait 发现可写后再处理 。

为什么Redis是单线程还这么快呢

1. Redis的全部操作是基于内存的。因此 Redis 瓶颈可能是机器的内存或者网络带宽，而并非 CPU
2. Redis 采用单线程模型可以避免了多线程之间的竞争（频繁的上下文切换），避免死锁
3. Redis 采用了 非阻塞I/O 多路复用机制(epoll)处理大量的客户端 Socket 请求

Redis 6.0 之前为什么使用单线程？

• CPU 并不是制约 Redis 性能表现的瓶颈所在，更多情况下是受到内存大小和网络I/O的限制
• 使用了单线程后，可维护性高，而使用多线程，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。

Redis 6.0 之后为什么引入了多线程？

• 在 Redis 6.0 版本之后，也采用了多个 I/O 线程来处理网络请求，这是因为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 I/O 的处理上。
• Redis引入多线程来处理网络I/O，仍然使用单线程来执行Redis命令。

注意：对于命令的执行，Redis 仍然使用单线程来处理,不要误解 Redis 有多线程同时执行命令。

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