Redis高频问点

Redis到底是多线程还是单线程?

• Redis的版本很多3.x、4.x、6.x，版本不同架构也是不同的，不限定版本问是否单线程也不太严谨。

• 版本3.x ，最早版本，也就是大家口口相传的redis是单线程，此时的Redis是完全单线程运行工作的。

• 版本4.x，严格意义来说也不是单线程，而是负责处理客户端请求的线程是单线程，但是开始加了点多线程的东西(异步删除)。

• 2020年5月版本的6.0.x后及2022年出的7.0版本后，告别了大家印象中的单线程，用一种全新的多线程来解决问题。

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Redis3.x是单线程，但是为什么性能依然很快？

• 基于内存操作：Redis的所有数据都存在内存中，因此所有的运算都是内存级别的，所有它的性能比较高；

• 数据结构简单：Redis的数据结构是专门设计的，而这些简单的数据结构的查找和操作的时间大部分是O(1)，因此性能比较高；

• 多路复用和非阻塞I/O：Redis使用I/O多路复用功能来监听多个socket连接客户端，这样就可以使用一个线程连接来处理多个请求，减少线程切换带来的开销，同时避免了I/O阻塞操作；

• 避免上下文切换：因为是单线程模型，因此就避免了不必要的上下文切换和多线程竞争，这样省去了多线程切换带来的时间和性能上的损耗，而且单线程不会导致死锁问题的发生。

单线程那么好，为什么逐渐又加入了多线程特性？

• 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？

如何解决的这个问题?

• 使用惰性删除可以有效的避免Redis卡顿的问题

• 在Redis4.0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

举例

比如当我（Redis）需要删除一个很大的数据时，因为是单线程原子命令操作，这就会导致 Redis 服务卡顿，

于是在 Redis 4.0 中就新增了多线程的模块，当然此版本中的多线程主要是为了解决删除数据效率比较低的问题的。以下是操作命令：

• unlink key

• flushdb async

• flushall async

把删除工作交给了后台的小弟（子线程）异步来删除数据了。

因为Redis是单个主线程处理，Redis之父Antirez一直强调"Lazy Redis is better Redis".

而lazy free的本质就是把某些cost(主要时间复制度，占用主线程cpu时间片)较高删除操作，

从Redis主线程剥离让bio子线程来处理，极大地减少主线阻塞时间。从而减少删除导致性能和稳定性问题。

Redis的I/O多路复用

• 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。

Redis为什么那么快？

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。

总结

• 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。