redis的线程模型

Redis 的线程模型其实是分两块的：

Redis 6.0 之前的单线程模型。其实从 4.0 开始，Redis 并不是严格意义上的单线程模型，因为 Redis 除了主线程外，也有一些后台的线程或者子进程在处理任务（例如清理脏数据、生成快照、AOF 重写），这个时候大家所说的单线程应该是 Redis 的主线程模型。
Redis 6.0 之后的多线程模型。Redis 在 6.0 之后引入了一种多线程模型，用于处理网络 I/O 的任务。

所以，你的回答要涉及这两个方面。

Redis 的单线程是指Redis 在执行一次命令时是单线程的 。其过程包括接收客户端请求 -> 解析请求 ->数据读写等操作->返回结果给客户端 ，这个过程是由一个主线程来完成的，这也是我们常说 Redis 是单线程的原因。Redis 的模型是基于单线程事件驱动模型，内部使用文件事件处理器，而这个文件事件处理是单线程的，也就决定了 Redis 是单线程的。其核心原理是：采用 IO多路复用机制同时监听多个 socket，将产生事件的 socket 压入内存队列中，事件分派器根据 socket 上的事件类型来选择对应的事件处理器进行处理。
随着底层网络硬件越来越好，Redis 的性能瓶颈逐渐体现在网络 I/O 的读写上，单个线程处理网络 I/O 读写的速度跟不上底层网络硬件执行的速度。所以为了提高 Redis 的性能，在 Redis 6.0 引入多线程模型 ，该多线程模型只用来处理网络数据的读写和协议解析，执行读写命令的仍然是单线程。

Redis 线程模型详解

Redis 的单线程模型

Redis 的单线程是指Redis 在执行一次命令时是单线程的。Redis 客户端与服务端的模型可以简化如下图：

步骤2 执行命令为单线程，其过程包括「接收客户端请求 -> 解析请求 ->数据读写等操作->返回结果给客户端」，这个过程是由一个主线程来完成的，这也是我们常说 Redis 是单线程的原因。

从 Redis 的内部设计来说，Redis 是基于 Reactor 模式开发了自己的网络事件处理器，这个处理器称之为文件事件处理器，而这个文件事件处理器是单线程的，这就决定了 Redis 是单线程的。文件事件处理器包含 5 个部分：

多个 socket：Redis 网络通信的起点，Redis 服务器为每个连接的客户端维护一个套接字，用于接收请求和发送响应。
IO 多路复用程序：文件事件处理器的核心。它负责监控所有套接字并确定哪些套接字准备好进行读写操作。
任务队列：处理的任务的队列。
文件事件分派器：当 I/O 多路复用程序确定某个套接字准备好读写时，文件事件分派器负责将这个事件分派给相应的事件处理器。

事件处理器：Redis 对不同类型的文件事件定义了相应的事件处理器。当特定类型的事件发生时，对应的事件处理器会被触发以处理这些事件。

多个 socket 会产生不同的操作，每个操作对应一个不同的文件事件， IO 多路复用程序会监听多个 socket，将产生的事件放入到任务队列中排队，文件事件分派器每次从任务队列中获取一个事件，将其转发给对应的事件处理器进行处理。如下：

客户端与 Redis 服务端建立连接的过程

Redis sever 启动时，会把 AE_READABLE 事件与连接应答处理器关联。
当客户端向 Redis 发起连接时，这是 Server Socket 会产生一个 AE_READABLE 事件，IO 多路复用程序监听到该事件后将 socket信息压入到任务队列中。
文件事件分派器每次从任务队列中取一个 socket ，将其交给事件处理器，由于在 Redis 初始化时 AE_READABLE 是与连接应答处理器关联，所以就由连接应答处理器来处理该事件。
连接应答处理器会创建一个与该客户端通信的 Socket（我们这里叫 socket1），并将 socket1 的 AE_READABLE 事件与命令请求处理器关联。

客户端发送请求给 Redis 服务端过程

客户端发送读写请求（比如 set key value）给服务端，首先会在对应的 Socket（socket1）上面产生一个 AE_READABLE事件，IO 多路复用程序监听到该事件后将 socket信息压入到任务队列中。
文件事件分派器从任务队列中取 Socket 信息转发给事件处理器，由于建立连接时 socket1 的 AE_READABLE 事件已经与命令请求处理器关联了，所以文件事件分派器将命令请求处理器。
命令处理器读取该 Socket 的相关信息后执行相关命令，操作完成后，会将 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器关联。

如果客户端已经准备好了接收结果，那么 socket1 会产生一个 AE_WRITABLE，IO 多路复用程序将 Socket 压入队列，然后由文件事件派发器转发给事件处理器。
由于 socket1 的AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器关联，所以由命令回复处理器处理，命令回复处理器将准备好的相应数据写入socket01(socket连接是双向的)，返回给客户端，之后解除 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器的关联。

Redis 的 I/O 多线程模型

我们 Redis 是基于内存操作，内存的响应时长大约为 100 纳秒，单线程的 Redis 处理数据的极限是 80,000 到 100,000 QPS，对于绝大多数的场景来说，单线程的 Redis 其实是已经够用了。

但是，随着底层网络硬件越来越好，Redis 的性能瓶颈逐渐体现在 I/O 的读写上（CPU 从来都不是 Redis 的性能瓶颈），单个线程处理网络 I/O 读写的速度跟不上底层网络硬件执行的速度。所以，为了提高 Redis 的整体性能，在 6.0 引入多线程，注意，引入的多线程模型只⽤来处理处理网络数据的读写和协议解析，对于 Redis 的读写命令，依然是单线程处理。

Redis 6.0 引入 I/O 多线程模型后，将一个命令的执行分为了两部分：

Socket 读写和请求解析使用多线程处理，多个 socket 读写可以并行化
执行请求依然还是使用主线程，存内存操作，在高效的同时也保证了安全性。

主要流程如下：

主线程负责接收并建立（多个）连接请求，获取 socket 后放入全局等待处理队列；
主线程处理完这些事件之后，通过RR（Round Robin 轮询）将可读 socket 分配给这些 IO 线程；
主线程阻塞，等待 IO 线程完成命令的读取、解析；
主线程执⾏ IO 线程读取和解析出来的 Redis 请求命令，并将结果写到输出缓冲区；
主线程阻塞，等待 IO 线程将命令执⾏结果写回 socket（客户端）；
主线程执行所有命令并清空整个等待队列，等待客户端后续的请求队列。

如下图：

什么是IO多路复用

I/O 指的是网络 I/O，多路指的是多个 TCP 连接（如 Socket），复用指的是复用一个或多个线程。
I/O 多路复用的核心原理就是不再由应用程序自己来监听连接，而是由服务器内核替应用程序监听。

Redis IO多路复用是Redis一种高性能、高效的IO模型，用于处理多个客户端与Redis服务器之间的通信。通过使用IO多路复用，Redis可以在单个线程中同时处理多个客户端请求，而不需要为每个客户端请求创建一个线程或进程。

在传统的IO模型中，每个客户端请求都需要在一个独立的线程中处理，这样会导致系统资源的浪费，并且在高并发的情况下会产生大量的线程切换开销。而使用IO多路复用的方式，Redis只需要一个线程来监听所有的客户端连接，当有客户端请求到达时，通过IO多路复用机制可以有效地管理和响应多个请求。

Redis IO多路复用的底层是利用操作系统的相关机制来实现的，不同的操作系统有不同的实现方式，常用的有select、poll和epoll等。这些机制使得Redis可以同时监听多个客户端的连接，并在有数据到达时立即做出响应，提高了系统的响应能力和吞吐量。

在使用IO多路复用的模型中，Redis通过将客户端的套接字文件描述符（socket）注册到一个事件监听器中，当有事件发生时，如读取或写入数据，则将对应的回调函数放入事件处理器中执行。这样可以实现多个客户端之间的并发处理，提高系统的整体性能和效率。

Redis 中 I/O 多路复用的应用

Redis 服务器是一个事件驱动程序，服务器需要处理两类事件：文件事件和时间事件。

文件事件：Redis 服务器和客户端（或其他服务器）进行通信会产生相应的文件事件，然后服务器通过监听并处理这些事件来完成一系列的通信操作。
时间事件：Redis 内部的一些在给定时间之内需要进行的操作。

Redis 的文件事件处理器以单线程的方式运行，其内部使用了 I/O 多路复用程序来同时监听多个套接字（Socket）连接，提升了性能的同时又保持了内部单线程设计的简单性。下图就是文件事件处理器的示意图：

I/O 多路复用程序虽然会同时监听多个 Socket 连接，但是其会将监听的 Socket 都放到一个队列里面，然后通过这个队列有序的，同步的将每个 Socket 对应的事件传送给文件事件分派器，再由文件事件分派器分派给对应的事件处理器进行处理，只有当一个 Socket 所对应的事件被处理完毕之后，I/O多路复用程序才会继续向文件事件分派器传送下一个 Socket 所对应的事件，这也可以验证上面的结论，处理客户端的命令请求是单线程的方式逐个处理，但是事件处理器内并不是只有一个线程。

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部分内容引用自：

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