Redis为什么这么快？深度解析Redis的线程模型与多线程机制

Redis为什么这么快？深度解析Redis的线程模型与多线程机制

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/m0_74824592/article/details/145767357

Redis作为一款高性能的内存数据库，其卓越的性能表现令人瞩目。本文将深入探讨Redis为何能够实现如此高的性能，并详细解析其独特的单线程模型以及在Redis 6.0版本中引入的多线程机制。

Redis有多快？

Redis是一款基于内存运行的高性能键值（K-V）数据库。根据官方测试报告，单机环境下Redis可以支持约10万次/秒的查询处理能力（QPS）。

Redis为什么这么快？

Redis的高性能主要得益于以下几个关键设计：

1. 完全基于内存：数据存储在内存中，大部分请求都是纯粹的内存操作，避免了磁盘IO带来的开销。
2. 简单高效的数据结构：Redis针对各种数据类型设计了专门的数据结构，这些灵活的数据结构显著提升了读写性能。
3. 采用单线程模型：通过单线程处理避免了上下文切换和CPU消耗，同时省去了锁机制的开销，确保了线程安全。
4. 基于IO多路复用的线程模型：Redis采用Reactor模式，通过文件事件处理器（file event handler）来处理并发连接。这个处理器包含多个Socket、IO多路复用程序、文件事件分派器和事件处理器等组件。IO多路复用机制（如select、poll、epoll）能够同时监控多个流的I/O事件，在空闲时阻塞线程，当有事件发生时唤醒并依次处理，从而避免了大量无用操作。
5. 自建VM机制：Redis通过自建的虚拟内存（VM）机制，避免了系统函数调用带来的性能损耗。

为什么Redis采用单线程模型？

这里所说的单线程特指网络请求模块使用单线程处理，其他模块仍可能使用多线程。之所以选择单线程模型，是因为Redis的性能瓶颈通常在于内存或网络带宽，而非CPU。单线程模型不仅易于维护，而且可以避免并发带来的复杂性。

Redis 6.0的多线程变革

为什么之前不使用多线程？

Redis一直坚持单线程模型主要是因为：

• 单线程模型易于维护
• 多线程会引入执行顺序的不确定性
• 增加了系统复杂度
• 可能存在线程切换、加锁解锁等额外开销

为什么在6.0版本引入多线程？

随着技术发展，网络I/O模块带来的CPU耗时成为新的瓶颈。因此，Redis 6.0引入多线程机制，主要用于处理网络I/O，以充分利用多核CPU资源，减少I/O阻塞带来的性能损耗。

如何开启多线程？

默认情况下Redis是关闭多线程的，可以在配置文件中进行设置：

io-threads-do-reads yes
io-threads 线程数

官方建议的线程数设置：

• 4核机器：建议设置2或3个线程
• 8核机器：建议设置6个线程
• 线程数应小于机器核数，且不超过8个

多线程模式下的并发安全问题

在多线程模式下，Redis将网络数据的读写和协议解析部分进行了多线程处理，但命令执行仍然是单线程顺序执行，因此不存在并发安全问题。具体流程如下：

1. 建立连接
2. 获取并解析命令（可配置多线程）
3. 执行命令（单线程）
4. 将响应结果写回socket（可配置多线程）

这种设计既发挥了多线程的优势，又保持了单线程执行命令的安全性。