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单线程的 Redis 为什么这么快

这个问题是对 Redis 内部机制的一个考察。根据我的面试经验,很多人都不知道 Redis 是单线程工作模型。所以,这个问题还是应该要复习一下的。

回答主要是以下三点:

  • 纯内存操作
  • 单线程操作,避免了频繁的上下文切换
  • 采用了非阻塞 I/O 多路复用机制

题外话:我们现在要仔细的说一说 I/O 多路复用机制,因为这个说法实在是太通俗了,通俗到一般人都不懂是什么意思。

打一个比方:小曲在 S 城开了一家快递店,负责同城快送服务。小曲因为资金限制,雇佣了一批快递员,然后小曲发现资金不够了,只够买一辆车送快递。

经营方式一

客户每送来一份快递,小曲就让一个快递员盯着,然后快递员开车去送快递。

慢慢的小曲就发现了这种经营方式存在下述问题:

  • 几十个快递员基本上时间都花在了抢车上了,大部分快递员都处在闲置状态,谁抢到了车,谁就能去送快递。
  • 随着快递的增多,快递员也越来越多,小曲发现快递店里越来越挤,没办法雇佣新的快递员了。
  • 快递员之间的协调很花时间。

综合上述缺点,小曲痛定思痛,提出了下面的经营方式。

经营方式二

小曲只雇佣一个快递员。然后呢,客户送来的快递,小曲按送达地点标注好,然后依次放在一个地方。

最后,那个快递员依次的去取快递,一次拿一个,然后开着车去送快递,送好了就回来拿下一个快递。

上述两种经营方式对比,是不是明显觉得第二种,效率更高,更好呢?

在上述比喻中:

  • 每个快递员→每个线程
  • 每个快递→每个 Socket(I/O 流)
  • 快递的送达地点→Socket 的不同状态
  • 客户送快递请求→来自客户端的请求
  • 小曲的经营方式→服务端运行的代码
  • 一辆车→CPU 的核数

于是我们有如下结论:

  • 经营方式一就是传统的并发模型,每个 I/O 流(快递)都有一个新的线程(快递员)管理。
  • 经营方式二就是 I/O 多路复用。只有单个线程(一个快递员),通过跟踪每个 I/O 流的状态(每个快递的送达地点),来管理多个 I/O 流。

下面类比到真实的 Redis 线程模型,如图所示:

简单来说,就是我们的 redis-client 在操作的时候,会产生具有不同事件类型的 Socket。

在服务端,有一段 I/O 多路复用程序,将其置入队列之中。然后,文件事件分派器,依次去队列中取,转发到不同的事件处理器中。

需要说明的是,这个 I/O 多路复用机制,Redis 还提供了 select、epoll、evport、kqueue 等多路复用函数库,大家可以自行去了解。

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