Redis 6.0多线程介绍

0. 背景

Redis作为一个基于内存的缓存系统，一直以高性能著称，
在单线程处理情况下，读速度可达到11万次/s，写速度达到8.1万次/s。

Redis6.0之前为什么一直不使用多线程？
官方曾做过类似问题的回复：使用Redis时，几乎不存在CPU成为瓶颈的情况， Redis主要受限于内存和网络。

 

但是，单线程的设计也给Redis带来一些问题：

• 只能使用CPU一个核
• 如果删除的键过大(eg: Set类型中有上百万个对象)，会导致服务端阻塞好几秒
• QPS难再提高

 针对上面问题，Redis在4.0版本以及6.0版本分别引入了Lazy Free以及多线程IO，逐步向多线程过渡。

 

1. Redis单线程架构原理

Redis单线程是如何支持客户端并发请求的呢？

Redis服务器是一个事件驱动程序，服务器需要处理以下两类事件：

文件事件

Redis服务器通过套接字与客户端(或者其他Redis服务器)进行连接。
文件事件就是服务器对套接字操作的抽象。

服务器与客户端的通信会产生相应的文件事件，而服务器则通过监听并处理这些事件来完成一系列网络通信操作。
(eg: 连接accept，read，write，close等)

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时间事件

Redis服务器中的一些操作(eg: serverCron函数)需要在给定的时间点执行。
时间事件就是服务器对这类定时操作的抽象。
(eg: 过期键清理，服务状态统计等)

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Redis将文件事件和时间事件进行抽象，时间轮询器会监听I/O事件表:
一旦有文件事件就绪，Redis就会优先处理文件事件，
接着处理时间事件。
在上述所有事件处理上，Redis都是以单线程形式处理，所以说Redis是单线程的。
处理过程见下图

 

 

Redis基于Reactor模式开发了自己的I/O事件处理器，也就是文件事件处理器。
Redis在I/O事件处理上，采用了I/O多路复用技术，同时监听多个套接字，
并为套接字关联不同的事件处理函数，通过一个线程实现了多客户端并发处理。
处理过程见下图

 

 

上述的设计，在数据处理上避免了加锁操作，既使得实现上足够简洁，也保证了其高性能。
当然，Redis单线程只是指其在事件处理上，实际上，Redis也并不是单线程的，比如生成RDB文件，就会fork一个子进程来实现。

 

2. Redis 4.0的Lazy Free机制

背景:
客户端向Redis发送一条耗时较长的命令，比如删除一个含有上百万对象的Set键，或者执行flushdb，flushall操作，
Redis服务器需要回收大量的内存空间，导致服务器卡住好几秒，对负载较高的缓存系统而言将会是个灾难。

 

为了解决这个问题，在Redis 4.0版本引入了Lazy Free，将慢操作异步化，这也是在事件处理上向多线程迈进了一步。

 

将大键的删除操作异步化，采用非阻塞删除（对应命令UNLINK）。
大键的空间回收交由单独线程实现，主线程只做关系解除，可以快速返回，继续处理其他事件，避免服务器长时间阻塞。

 

意义:
Redis在4.0版本引入了Lazy Free，自此Redis有了一个**Lazy Free线程专门用于大键的回收**。
同时，也去掉了聚合类型的共享对象，这为多线程带来可能。
这为Redis在6.0版本实现了多线程I/O打下了基础。

 

3. Redis 6.0多线程实现机制

流程简述如下：
1、主线程负责接收建立连接请求，获取 socket 放入全局等待读处理队列
2、主线程处理完读事件之后，通过 RR(Round Robin) 将这些连接分配给这些 IO 线程
3、主线程阻塞等待 IO 线程读取 socket 完毕
4、主线程通过单线程的方式执行请求命令，请求数据读取并解析完成，但并不执行
5、主线程阻塞等待 IO 线程将数据回写 socket 完毕
6、解除绑定，清空等待队列

见下图

 

 

4. Redis6.0多线程的设置

Redis6.0的多线程默认是禁用的，只使用主线程。
如需开启需要修改redis.conf配置文件：

io-threads-do-reads yes

 

开启多线程后，还需要设置线程数，否则是不生效的。
同样修改redis.conf配置文件:

io-threads  4