Redis 单线程原理

redis 是不是单线程 ?

• redis 单线程指的是命令处理在一个单线程中。
• 主线程：redis-server → 命令处理、网络事件的监听。
• 辅助线程：
  • bio_close_file：异步关闭大文件。
  • bio_aof_fsync：异步 aof 刷盘。
  • bio_lazy_free：异步清理大块内存。
  • jemalloc_bg_thd：后台线程，进行内存分配，内存释放。
  • io_thd_*：IO 多线程，负责 read / write、decode / encode。
• 辅助线程负责处理阻塞的操作，这样可以不阻塞主线程，让主线程最大限度地处理命令，优化性能。

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命令处理为什么是单线程 ?

• 为什么不采用多线程：
  • redis 有多个对象类型，每个对象类型又有多种数据结构的实现，导致加锁复杂、锁粒度不好控制（操作临界资源所需要的时间）。
  • 频繁的 CPU 上下文切换，抵消多线程的优势。
• 单线程的局限：不能有耗时的操作，比如 CPU 运算、阻塞的 IO，会影响 redis 的响应性能。
• redis 处理 IO 密集型：
  • 磁盘 IO：
    • fork 进程，在子进程做持久化。
    • 使用 bio_aof_fsync，另起线程做持久化（异步 aof 刷盘）。
  • 网络 IO：
    • 服务多个客户端，造成 IO 密集；数据请求或返回数据量比较大。
    • 开启 IO 多线程。
• redis 处理 CPU 密集型：
  • 数据结构切换：redis 会根据当前数据量的大小，选择一个数据结构去存储。
  • 渐进式数据迁移：当数据量小的时候，会分配一个小的内存，当数据量大的时候，会分配一个大的内存（翻倍扩容），那么就需要将原来内存中的数据迁移到新的内存中，redis 不会将原数据一次性都挪过去，而是采用一定的策略逐渐挪过去。

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redis 单线程为什么快 ?

• 采用哪些机制：
  • redis 是内存数据库，大部分情况下：操作完内存后会立刻返回给客户端，不需要关注写磁盘的问题。特殊情况：使用 aof 持久化方式 + always 策略：每一次操作完内存后，都必须持久化到磁盘中，然后再返回给客户端。
  • 数据结构高效：在执行效率与空间占用间保持平衡，可以进行数据结构切换。
  • 采用高效的 reactor 网络模型：IO 多路复用 + 非阻塞 IO。
• 做了哪些优化：
  • 耗时阻塞的操作，另起线程处理。
    • 异步关闭大文件。
    • 异步释放大内存块。
    • 异步 aof 刷盘。
    • IO 多线程。
  • 将大的操作拆分成小的操作：
    • dict 渐进式 rehash。

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redis 数据组织方式：

typedef struct redisDb {
   
	dict *dict; // 存储所有的 key 和 value
	dict *expires; // 存储所有过期的 key
	dict *blocking_keys; // 存储阻塞连接的 key
	dict *ready_keys; 
	dict *watched_keys; // 被检测的 key ( MULTI/EXEC )
}

struct dict {
   
	dictType *type;
	
	dictEntry **ht_table[2];
	unsigned long ht_used