Redis 单线程的陷阱：避免常见的错误 (redis单线程为什么能支持并发)

Redis 是一个流行的开源 NoSQL 内存数据库，以其出色的性能和高并发性而闻名。尽管它是一个单线程服务器，但它能够以极高的速度处理大量请求。

Redis 单线程为什么能支持并发？

Redis 采用了一种独特的架构，使它能够在单线程中高效地处理并发请求：

• 队列化请求：当客户端发送请求到 Redis 时，这些请求会被放入一个队列中。该队列是线程安全的，确保请求按顺序执行。
• 非阻塞 I/O：Redis 使用非阻塞 I/O 来处理客户端连接。这意味着它不会等待客户端发送数据或接收响应，而是继续处理其他请求。
• 事件循环：Redis 使用事件循环来监听客户端连接和请求。当一个事件发生（例如新连接或请求），事件循环会将该事件添加到队列中。
• 单线程处理：Redis 的所有请求都由单个线程处理。这确保了请求的执行是顺序的，并防止了并行访问同一数据。

这种架构允许 Redis 在不牺牲性能的情况下高效地处理并发请求。

Redis 单线程的陷阱

尽管 Redis 的单线程架构具有优势，但也存在一些陷阱需要考虑：

1. 阻塞操作

Redis 中任何需要等待外部资源的命令都被视为阻塞操作，例如：网络 I/O 操作（例如 BLPOP、BRPOP）磁盘 I/O 操作（例如 SAVE、BGSAVE）当 Redis 执行这些操作时，它会阻塞主线程，导致其他请求等待。

2. 计算密集型操作

Redis 中的某些命令是计算密集型的，例如：排序（例如 SORT）聚合（例如SUM、AVG）这些操作可以占用大量 CPU 时间，并导致其他请求的延迟。

3. 数据结构争用

某些 Redis 数据结构，例如列表和散列，是并发访问的候选。当多个线程同时访问这些数据结构时，可能会发生数据争用。

避免陷阱的最佳实践

为了避免 Redis 单线程的陷阱，可以使用以下最佳实践：

1. 避免阻塞操作

尽可能避免使用阻塞操作。如果您必须使用它们，请使用单独的线程或进程来执行这些任务。

2. 限制计算密集型操作

在高峰时段避免执行计算密集型操作。考虑在非高峰时段或后台执行这些操作。

3. 谨慎使用并发访问的数据结构

仔细考虑并发访问数据结构的潜在争用。如果可能，使用原子操作或使用锁机制来保护数据完整性。

4. 监控 Redis 性能

定期监控 Redis 性能，并注意任何潜在的陷阱。使用工具（例如 Redis Insights）或自定义脚本来检查 CPU 使用率、内存使用率和请求延迟。

结论

Redis 的单线程架构使其能够以极高的并发性处理请求。重要的是要了解单线程的陷阱并采取措施避免它们。通过遵循最佳实践，您可以最大限度地提高 Redis 的性能，并确保您的应用程序不受其单线程性质的影响。

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为何 Redis 单线程能达到百万 +QPS？

Redis 单线程能达到百万 +QPS 的原因有以下几个方面： - Redis 的设计和实现采用了多路复用原理，即在一个线程中处理多个连接，这样就可以避免每个连接都需要创建一个新的线程，从而减少了线程切换的开销。 - Redis 采用了异步非阻塞 I/O 模型，这样可以避免在等待 I/O 完成时阻塞其他请求的处理，从而提高了吞吐量。 - Redis 采用了内存数据库，这样可以避免了磁盘 I/O 的开销，从而提高了性能。 - Redis 采用了数据结构简单、数据存储紧凑、数据访问高效等特点，这些特点都有助于提高 Redis 的性能。

Redis的IO多路复用——单线程的理解(Redis6.0之后的多线程)

Reactor 设计模式是一种 事件驱动 的设计模式，分发器(Dispatcher)使用多路分配器(Demultiplexer)监听多个客户端请求，当请求事件(Events)发生，分发器(Dispatcher)将一个或者多个客户端请求(Events)分发到不同的处理器(Event Handler)上，提升事件处理的效率。 下图为Reactor设计模式类图：

基于Reactor设计模式实现的IO多路复用

IO多路复用技术架构图如下

注：

多线程处理可能涉及锁，并且涉及切换线程的消耗。

耗时的命令会导致性能下降，而且无法发挥CPU多核的性能。

Redis多线程只用来处理网络数据的读写和协议解析，命令的执行仍旧是单线程。这样的设计改变是为了不想让Redis因为引入多线程变得复杂。而且过去单线程的使用主要考虑CPU不是Redis的瓶颈，不需要多条线程并发执行，所以多线程模型带来的性能提升不能抵消它带来的开发和维护成本。

而现在引入多线程模型解决的是网络IO操作的性能瓶颈。对于Redis基于内存的操作，仍然是很快的，而有时IO操作阻塞会影响着之后操作的效率。改为多线程并发进行IO操作，然后交由主线程进行内存操作，这样可以更好的缓解IO操作带来的性能瓶颈。

架构如下图：

redis是单线程还是多线程

Redis采用的是单进程单线程模型的KV数据库，由C语言编写。

官方提供的数据是可以达到+的qps。这个数据不比采用单进程多线程的同样基于内存的KV数据库Memcached差。Redis并没有直接使用Libevent，而是自己完成了一个非常轻量级的对select、epoll、evport、kqueue这些通用的接口的实现。在不同的系统调用选用适合的接口，linux下默认是epoll。

因为Libevent比较重更通用代码量也就很庞大，拥有很多Redis用不上的功能，Redis为了追求“轻巧”并且去除依赖，就选择自己去封装了一套。

Redis单线程的优点

1、高效执行：Redis的单线程模型意味着所有的操作都在同一个线程中执行，这使得操作指令的执行速度非常快。因为线程切换和调度等开销在单线程中不存在，所以Redis在处理大量请求时，能够保持高效的执行速度。

2、简化编程模型：对于开发者来说，单线程模型使得编程和调试更为简单。由于只有一个主线程，不存在线程同步和数据一致性问题，这让开发者无需花费太多精力去处理并发问题，而可以专注于业务逻辑的实现。

3、高吞吐量：由于Redis的单线程设计，它能够高效地处理大量的请求。在处理大量读/写操作时，Redis的性能非常出色。特别是在高并发场景下，Redis可以有效地保证操作的实时性。

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