Redis是单线程的,但是为什么还那么快?
Redis是纯内存操作,执行速度非常快
采用单线程,避免不必要的上下文切换可竞争条件,多线程还要考虑线程安全问题
使用I/O多路复用模型,非阻塞IO
能解释一下I/O多路复用模型?
Redis是纯内存操作,执行速度非常快,它的性能瓶颈是网络延迟而不是执行速度, I/O多路复用模型主要就是实现了高效的网络请求
用户空间和内核空间
常见的IO模型
阻塞IO(Blocking IO)
非阻塞IO(Nonblocking IO)
IO多路复用(IO Multiplexing)
Redis网络模型
用户空间和内核空间
Linux系统中一个进程使用的内存情况划分两部分:内核空间、用户空间
用户空间只能执行受限的命令(Ring3),而且不能直接调用系统资源
必须通过内核提供的接口来访问
内核空间可以执行特权命令(Ring0),调用一切系统资源
Linux系统为了提高IO效率,会在用户空间和内核空间都加入缓冲区:
写数据时,要把用户缓冲数据拷贝到内核缓冲区,然后写入设备
读数据时,要从设备读取数据到内核缓冲区,然后拷贝到用户缓冲区
阻塞IO
顾名思义,阻塞IO就是两个阶段都必须阻塞等待:
阶段一:
1、用户进程尝试读取数据(比如网卡数据)
2、此时数据尚未到达,内核需要等待数据
3、此时用户进程也处于阻塞状态
阶段二:
1、数据到达并拷贝到内核缓冲区,代表已就绪
2、将内核数据拷贝到用户缓冲区
3、拷贝过程中,用户进程依然阻塞等待
4、拷贝完成,用户进程解除阻塞,处理数据
可以看到,阻塞IO模型中,用户进程在两个阶段都是阻塞状态。
非阻塞IO
顾名思义,非阻塞IO的recvfrom操作会立即返回结果而不是阻塞用户进程。
阶段一:
1、用户进程尝试读取数据(比如网卡数据)
2、此时数据尚未到达,内核需要等待数据
3、返回异常给用户进程
4、用户进程拿到error后,再次尝试读取
5、循环往复,直到数据就绪
阶段二:
1、将内核数据拷贝到用户缓冲区
2、拷贝过程中,用户进程依然阻塞等待 ‘
3、拷贝完成,用户进程解除阻塞,处理数据
可以看到,非阻塞IO模型中,用户进程在第一个阶段是非阻塞,第二个阶段是阻塞状态。虽然是非阻塞,但性能并没有得到提高。而且忙等机制会导致CPU空转,CPU使用率暴增。
IO多路复用
IO多路复用:是利用单个线程来同时监听多个Socket ,并在某个Socket可读、可写时得到通知,从而避免无效的等待,充分利用CPU资源。
阶段一:
1、用户进程调用select,指定要监听的Socket集合
2、内核监听对应的多个socket
3、任意一个或多个socket数据就绪则返回readable
4、此过程中用户进程阻塞
阶段二:
1、用户进程找到就绪的socket
2、依次调用recvfrom读取数据
3、内核将数据拷贝到用户空间
4、用户进程处理数据
不过监听Socket的方式、通知的方式又有多种实现,常见的有:
select
poll
epoll
差异:
select和poll只会通知用户进程有Socket就绪,但不确定具体是哪个Socket ,需要用户进程逐个遍历Socket来确认
epoll则会在通知用户进程Socket就绪的同时,把已就绪的Socket写入用户空间
Redis网络模型
Redis通过IO多路复用来提高网络性能,并且支持各种不同的多路复用实现,并且将这些实现进行封装, 提供了统一的高性能事件库
就是使用I/O多路复用结合事件的处理器来应对多个Socket请求
连接应答处理器
命令回复处理器,在Redis6.0之后,为了提升更好的性能,使用了多线程来处理回复事件
命令请求处理器,在Redis6.0之后,将命令的转换使用了多线程,增加命令转换速度,在命令执行的时候,依然是单线程