之前面试时被面试官问了一个问题,Redis是多线程还是单线程的?依稀记得Redis为单线程,其更深层次的技术原理完全懵逼。所以此篇文章旨在解读Redis为什么为单线程。
1、基本原理
采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求(尽量减少网络IO的时间消耗)
(1)为什么不采用多进程或多线程处理?
多线程处理可能涉及到锁
多线程处理会涉及到线程切换而消耗CPU
(2)单线程处理的缺点?
无法发挥多核CPU性能,不过可以通过在单机开多个Redis实例来完善
2、Redis不存在线程安全问题?
Redis采用了线程封闭的方式,把任务封闭在一个线程,自然避免了线程安全问题,不过对于需要依赖多个redis操作的复合操作来说,依然需要锁,而且有可能是分布式锁
3、什么是多路I/O复用(Epoll)
(1) 网络IO都是通过Socket实现,Server在某一个端口持续监听,客户端通过Socket(IP+Port)与服务器建立连接(ServerSocket.accept),成功建立连接之后,就可以使用Socket中封装的InputStream和OutputStream进行IO交互了。针对每个客户端,Server都会创建一个新线程专门用于处理
(2) 默认情况下,网络IO是阻塞模式,即服务器线程在数据到来之前处于【阻塞】状态,等到数据到达,会自动唤醒服务器线程,着手进行处理。阻塞模式下,一个线程只能处理一个流的IO事件
(3) 以下三种思路
(1)非阻塞【忙轮询】:采用死循环方式轮询每一个流,如果有IO事件就处理,这样可以使得一个线程可以处理多个流,但是效率不高,容易导致CPU空转
(2)Select代理(无差别轮询):可以观察多个流的IO事件,如果所有流都没有IO事件,则将线程进入阻塞状态,如果有一个或多个发生了IO事件,则唤醒线程去处理。但是还是得遍历所有的流,才能找出哪些流需要处理。如果流个数为N,则时间复杂度为O(N)
(3)Epoll代理:Select代理有一个缺点,线程在被唤醒后轮询所有的Stream,还是存在无效操作。 Epoll会哪个流发生了怎样的I/O事件通知处理线程,因此对这些流的操作都是有意义的,复杂度降低到了O(1)
Redis的高并发和快速原因很多,总结一下几点:
1. Redis是纯内存数据库,一般都是简单的存取操作,线程占用的时间很多,时间的花费主要集中在IO上,所以读取速度快。
2. 再说一下IO,Redis使用的是非阻塞IO,IO多路复用,使用了单线程来轮询描述符,将数据库的开、关、读、写都转换成了事件,减少了线程切换时上下文的切换和竞争。
3. Redis采用了单线程的模型,保证了每个操作的原子性,也减少了线程的上下文切换和竞争。
4. 另外,数据结构也帮了不少忙,Redis全程使用hash结构,读取速度快,还有一些特殊的数据结构,对数据存储进行了优化,如压缩表,对短数据进行压缩存储,再如,跳表,使用有序的数据结构加快读取的速度。
5. 还有一点,Redis采用自己实现的事件分离器,效率比较高,内部采用非阻塞的执行方式,吞吐能力比较大。
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