Redis中線程IO模型是什么

這篇文章將為大家詳細講解有關Redis中線程IO模型是什么，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

Redis是一個單線程的應用程序，NodeJs、Nginx都是單線程，它們都屬于服務器高性能的典范。

Redis之所以是單線程還能這么快的原因：

其一是因為它所有的數據都在內存當中，所有的運算都是內存級別的運算，所以使用redis時，要注意時間復雜度為O(n)的指令，因為是單線程的，如果數據量太大，會讓其他指令被阻塞等待；

其二是因為redis使用非阻塞IO與多路復用處理大量的客戶端連接。

非阻塞IO

當我們使用套接字的讀寫方法時，默認是阻塞的，

即調用read方法傳遞一個參數n，表示最多讀取n個字節后返回，如果一個字節都沒有，線程就會在read方法這里持續等待，直到有數據過來或者連接被關閉，read方法此時返回，線程才能執行下面的邏輯，

write方法一般不會阻塞，除非內核為套接字分配的寫緩沖區滿了，write方法才會阻塞，一直到緩存區中有空間閑出來。

下圖是套接字讀寫的細節流程。

非阻塞IO在使用套接字時提供了一個選項Non_Blocking，當這個選項打開時，讀寫方法不會阻塞，而是能讀多少讀多少，能寫多少寫多少，

能讀多少取決與內核為套接字分配的讀緩沖區的數據字節數，能寫多少取決于內核為套接字寫緩沖區分配的數據字節數，

讀寫方法都會通過返回值告訴程序讀寫了多少字節數。

非阻塞IO意味著讀寫時，線程不必再被阻塞著，讀寫可以瞬間完成，線程可以繼續往下做別的事情。

多路復用(事件輪詢)

非阻塞IO雖然很快，但是也帶來一個問題，線程讀數據，讀了一部分就返回了，沒有讀完，剩下的數據何時繼續讀？，寫數據，緩沖區滿了，沒有寫完，剩下的數據何時繼續寫？

當可以繼續讀或者可以繼續寫時，應該給應用程序一個通知，告訴應用程序可以繼續讀或者繼續寫，事件輪詢API就是用來處理這個問題的。

select

操作系統提供了一個select函數給用戶程序，輸入是讀寫描述符列表 read_fds & write_fds，輸出是與之對應的可讀可寫事件，

同時還提供了timeout參數，線程最多等待timeout的時間，在這期間有事件過來，方法立刻返回，線程往下處理，如果超過timeout時間，方法也會返回，

如果拿到事件了，線程即可挨個處理相應的事件，處理完了以后繼續調用 select api 輪詢，所以該線程其實是一個死循環，不停的 select，不停的處理，來回這樣，這個死循環被稱之為事件循環，一個循環即一個周期。

事件循環偽代碼:

while True
    read_events, write_events = select(read_fds, write_fds, timeout)
    for event in read_events:
        handle_read(event.fd)
    for event in write_events:
        handle_write(event.fd)
    handle_others() # 做其他的邏輯處理，處理定時任務等等

通過select函數我們可以處理多個通道描述符的讀寫事件，所以將select這類的系統函數調用稱之為多路復用API，

現代操作系統的多路復用API已經不使用select系統調用，改用epoll(linux)和kqueue(FreeBSD、macosx)，

select的性能在描述符變多時會變得很差，epoll與select使用起來略有差異，不過都可以用上面的偽代碼理解，都是當描述符發生事件時，循環對描述符的事件做出處理，

serversocket對象的讀操作是指調用accept接受客戶端新連接，何時有連接來臨，也是通過select調用的讀事件通知的。

Java中的NIO技術就是事件輪詢，其他語言也有這個技術。

指令隊列

Redis為每一個客戶端套接字關聯一個指令隊列，客戶端發來的指令通過隊列進行先進先出的順序處理。

響應隊列

同樣Redis返回的結果也通過為每個客戶端關聯的一個隊列返回，如果隊列為空，則暫時不需要去獲取寫事件，

此時會將該客戶端描述符從write_fds里移除，等隊列有數據的時候，再將描述符放進去，這樣可以避免select系統調用返回寫事件時，發現沒數據可寫，造成空輪詢、無用輪詢，對機器CPU的消耗。

定時任務

服務器不單要響應IO事件，有些其他的事情也需要處理，例如應用程序自身的定時任務，如果線程阻塞在select調用上，等待select的返回，這會造成有些定時任務到期了，卻沒有執行，

Redis的定時任務記錄在一個稱為 最小堆 的數據結構中，這個堆中，最快要執行的任務排在最上方，每個循環周期里，redis會對堆中已經到時間點的任務進行處理，

處理完畢后，將堆中即將要執行的任務還需要的時間記錄下來，再次調用select時，這個時間就是timeout的值，在這期間內不會有其他任務需要執行了，redis可以放心的最多阻塞這么久，然后到時間后進行相應的處理。

NodeJs和Nginx的事件處理原理和Redis也是類似的形式。

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