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深入淺出Redis線程機(jī)制
Redis是一個高性能的Key-Value存儲系統(tǒng)，使用單線程的異步I/O模型，其整個流程是事件驅(qū)動的，因此非常適合高速讀寫場景。在本文中，我們將深入探討Redis的線程機(jī)制，以幫助您更好地理解Redis的工作方式。
redis線程機(jī)制
Redis的核心線程是單線程，這個單線程會負(fù)責(zé)所有Redis的操作，因此Redis的性能非常高。Redis主要利用單線程進(jìn)行一系列的I/O操作和計算操作，下面我們將詳細(xì)介紹每個線程的具體功能。
1. mn Thread：主線程
主線程是Redis的核心線程，負(fù)責(zé)處理所有的客戶請求。Redis采用事件驅(qū)動模型，主線程從Redis提交的事件隊列中獲取事件，根據(jù)不同的事件派發(fā)不同的工作線程來處理。
2. I/O Thread：I/O線程
Redis采用異步I/O模型，使用非阻塞的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。為了處理大量的讀寫請求，Redis啟動了一定數(shù)量的I/O線程來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)I/O操作。每個I/O線程都有一個專門的線程池，內(nèi)部維護(hù)了多個可重用的I/O事件。
3. Worker Thread：工作線程
工作線程是Redis中處理具體業(yè)務(wù)的線程，Redis會根據(jù)用戶請求類型的不同，為每個請求分配不同的工作線程。工作線程通過獲取Redis任務(wù)隊列中的任務(wù)，負(fù)責(zé)處理具體的請求，并將處理結(jié)果返回給用戶。
Redis線程模型圖：
為了使Redis能夠支持更高并發(fā)性，Redis可以根據(jù)服務(wù)器的CPU核心數(shù)自動調(diào)整I/O線程的數(shù)量。同時，Redis提供了一些配置選項，幫助用戶優(yōu)化在不同的硬件環(huán)境下的I/O線程數(shù)量。具體實現(xiàn)的代碼如下：
“`cpp
const int IOMULTIPLEXINGEVENTS_PER_CALL = 1024;
/* 初始化事件處理器狀態(tài) */
void aeCreateeventLoop-(int setsize) {
aeEventLoop *eventLoop;
int j;
if (aeApiCreate(&eventLoop) == -1) goto err; // 初始化事件處理器的具體實現(xiàn)
eventLoop->maxfd = -1;
eventLoop->setsize = setsize;
eventLoop->lastTime = time(NULL);
eventLoop->timeEventHead = NULL;
eventLoop->stop = 0;
eventLoop->maxIdleTime = DEFAULT_MAXIDLETIME;
eventLoop->beforeSleep = NULL;
#ifdef HAVE_EPOLL
aeApiResize(eventLoop, setsize); // 重置事件集大小
#endif
/* 初始化所有事件結(jié)構(gòu)體 */
eventLoop->events = zmalloc(sizeof(aeFileEvent)*setsize);
eventLoop->fired = zmalloc(sizeof(aeFiredEvent)*setsize);
if (!eventLoop->events || !eventLoop->fired) goto err;
for (j = 0; j
eventLoop->events[j].mask = AE_NONE;
}
}
/* 發(fā)送數(shù)據(jù) */
int anetWrite(int fd, void *buf, int len, int timeout){
int nwritten = 0, ret;
while(nwritten != len){
ret = write(fd, buf, len – nwritten); // 寫數(shù)據(jù)
if(ret
nwritten += ret;
}
return nwritten;
}
/* 接收數(shù)據(jù) */
int anetRead(int fd, void *buf, int count, int timeout) {
struct timeval tv;
fd_set readfd;
int ret;
tv.tv_sec = timeout;
tv.tv_usec = 0;
FD_ZERO(&readfd);
FD_SET(fd, &readfd);
ret = select(fd+1, &readfd, NULL, NULL, &tv); // 讀數(shù)據(jù)
if (ret
ret = read(fd,buf,count);
return ret;
}
/* 處理具體業(yè)務(wù) */
void redisForkIOThreads(void) {
int i;
if (aeApiCreate(&server.el) == -1) oom(“Unable to create the eventloop.”);
server.db = zcalloc(sizeof(redisDb)*server.dbnum); // 分配數(shù)據(jù)庫空間
for (i = 0; i
server.db[i].dict = dictCreate(&dbDictType,NULL);
server.db[i].expires = dictCreate(&keyptrDictType,NULL);
server.db[i].id = i;
}
server.dirty = 0;
server.oldestCron = time(NULL);
initializeServerConfig();
moduleLoadFromQueue(); // 加載模塊
if (!(server.ipfd == -1 && server.tlsfd == -1 && server.tls_auth_clients == 0)) {
if (server.ipfd > -1) {
listenToPort(server.ipfd,AE_READABLE,acceptTcpHandler,NULL);
server.port = atoi(server.portstr);
}
if (server.tlsfd > -1) {
listenToPort(server.tlsfd, AE_READABLE, acceptTLSHandler, NULL);
}
}
redisLog(REDIS_NOTICE,”Server started, Redis version ” REDIS_VERSION);
if (server.id) redisLog(REDIS_NOTICE,”Server running with task id %s”, server.id);
aeSetBeforeSleepProc(server.el,beforeSleep); // 設(shè)置休眠前的回調(diào)函數(shù)
}
線程安全
單線程的設(shè)計帶來了極高的性能，但也存在一定的風(fēng)險。尤其是在多用戶的情況下，如果線程不安全，則會帶來嚴(yán)重的安全問題。為避免這種情況的發(fā)生，Redis通過以下幾種方式提高線程安全性：
1. Redis是單線程的，無需加鎖
Redis采用單線程的異步I/O模型，無需使用鎖來保證線程安全。
2. Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是線程安全的
Redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是線程安全的，保證了多個線程同時訪問同一個Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時不會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。
3. Redis提供事務(wù)機(jī)制
Redis提供了事務(wù)機(jī)制，讓開發(fā)者在Redis中實現(xiàn)復(fù)雜的操作（如條件操作等）時更加方便，并且在事務(wù)提交的時候要求所有的語句全部執(zhí)行成功，這也保證了數(shù)據(jù)的一致性和完整性。
總結(jié)
Redis的單線程設(shè)計和事件驅(qū)動模型保證了其在高并發(fā)場景下的穩(wěn)定性和高性能。同時，Redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的線程安全性和事務(wù)機(jī)制進(jìn)一步提高了Redis的可靠性和安全性。在實踐中，開發(fā)者需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景對Redis進(jìn)行調(diào)優(yōu)，以達(dá)到最佳性能。
香港服務(wù)器選創(chuàng)新互聯(lián)，2H2G首月10元開通。
創(chuàng)新互聯(lián)（www.cdcxhl.com）互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商,擁有超過10年的服務(wù)器租用、服務(wù)器托管、云服務(wù)器、虛擬主機(jī)、網(wǎng)站系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗。專業(yè)提供云主機(jī)、虛擬主機(jī)、域名注冊、VPS主機(jī)、云服務(wù)器、香港云服務(wù)器、免備案服務(wù)器等。
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