【redis】redis的单线程模型为什么效率高？

单线程模型

Redis 只使用一个线程，处理所有的命令请求。不是说一个 Redis 服务器进程内部只有一个线程，其实也有多个线程，多个线程是在处理网络IO

假设有多个客户端，要同时操作 Redis 服务器

• incr 是 increase，作用是把 key 的 value 进行 +1 操作

[!quote] 线程安全问题

• 在多线程中，针对类似这样的场景，两个线程尝试同时对一个变量进行自增，表面上看是自增两次，实际上可能只自增了一次

当前这两个客户端，也相当于“并发”的发起了上述的请求，此时是否就意味着服务器这边也会存在类似的线程安全问题呢？

• 幸运的是，并不会。Redis 服务器实际上是单线程模型，保证了当前收到的这多个请求是串行执行的
• 虽然请求发过来是并发的，但是到了服务器上就会排队，按序执行

Redis 能够使用单线程模型很好的工作，主要原因在于 Redis 的核心业务逻辑，都是短平快的，不太消耗 CPU 资源，也就不太吃多核了

弊端：

• Redis 必须要特别小心，某个操作占用时间长，就会阻塞其他命令的执行（前面的 keys *）

单线程的 Redis 为什么效率高？速度快？

#高频面试 Redis 虽然是单线程模型，但是为什么效率这么高，速度这么快呢？

• 首先要明确，“快”的参照物是数据库（MySQL，Oracle，SQL server）

1. Redis 的操作访问内存；数据库是访问硬盘
2. Redis 核心功能，比数据库的核心功能更简单
   • 数据库对于数据的插入删除查询… 都有更复杂的功能支持，这样的功能势必要花费更多的开销。
   • 比如，针对插入删除，数据库中的各种约束，都会使数据库做额外的工作（分组，联合查询…）
3. 单线程模型，避免了一些不必要的线程竞争开销
   • Redis 每个基本操作都是短平快，就是简单操作一下内存数据，不是什么特别消耗 CPU 的操作，就算搞多个线程，提升也不大
4. 处理网络 IO 的时候，使用了 epoll 这样的 IO多路复用

IO多路复用

本质上是让我们一个线程，管理多个 socket

针对 TCP 来说，服务器这边每次要服务一个客户端，都需要给这个客户端安排一个 socket，通过这个 socket 来和客户端进行通信

一个服务器要服务多个客户端，同时就有很多个 socket。这些 socket 上都是无时无刻都在传输数据吗？还是大部分时间都是闲置的？

• 很多情况下，每个客户端和服务器之间的通信也没那么频繁。此时这么多 socket 大部分时间都是静默的，上面是没有数据需要传输的。
• 同一时刻，只有少数 socket 是活跃的，这就是我们使用 IO复用的重大前提

最开始介绍 TCP 服务器的时候，有一个版本就是每个客户端都分配一个线程==>客户端多了，线程就多了，系统开销就大了

基于上述的这些原因，就搞了“IO多路复用”，一个线程来处理多个 socket

• 操作系统，给程序员提供的机制，提供了一套 API，内部的功能都是操作系统内核实现的
• Linux 上提供的 IO多路复用，主要是三套 API：select、poll、epoll

epoll

比如你今晚，你想吃烧烤，你妈想吃饺子，你爸想吃炒菜

1. 你自己去买，先买烧烤，等；再买饺子，等；再买炒菜，等；完成。——>单线程，花的时间是最多的
2. 你们三个一起去买，各买各的，分别等；完成——>多线程，花的时间机会缩短很多，等待的时间是三者最大值，系统开销也会更大
3. 你自己去买，你先去买烧烤，给老板说“好了叫我”；再去买饺子，给老板说“好了叫我”；再去买炒菜，给老板说“好了叫我”，此时一个线程同时等待三份饭——>IO 多路复用的方案，此时等待的时间相比于多线程方案，相差不大，但是只需要一个线程就可以了
   • 最关键的就是老爸能够喊我，哪个客户端来数据了，操作系统就能通知到应用程序
   • 服务器开发中最主流的方案，尤其是 IO路复用中的 epoll

epoll 相当于时间通知/回调机制 select 是你自己再几个摊位之间不停地问，没人提醒你

如果这三件事都是交互特别频繁的，还是老老实实多搞几个线程靠谱，一个线程容易忙不过来

• C++ 可以直接使用 Linux 原生的 epoll API
• Java 可以使用 NIO（标准库提供的一组类，底层就是封装了 epoll）