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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「IT界農(nóng)民工」，作者萊烏  。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系IT界農(nóng)民工公眾號。 

Redis是單線程的，這話擱以前，是橫著走的，誰都知道的真理。現(xiàn)在不一樣，Redis 變了。再說這句話，多少得有質(zhì)疑的語氣來跟你辯駁一番。意志不堅定的，可能就繳械投降，順著別人走了。

到底是什么樣的，各位看官請跟小萊一起往下看：

- 思維導圖 -

Reactor模式

反應器模式，你可能不太認識，如果看過上篇文章的話應該會有點印象。涉及到 Redis 線程它是一個繞不過去的話題。

1、傳統(tǒng)阻塞IO模型

在講反應器模式前，這里有必要提一下傳統(tǒng)阻塞IO模型的處理方式。

在傳統(tǒng)阻塞IO模型中，由一個獨立的 Acceptor 線程來監(jiān)聽客戶端的連接，每當有客戶端請求過來時，它就會為客戶端分配一個新的線程來進行處理。當同時有多個請求過來，服務端對應的就會分配相應數(shù)量的線程。這就會導致CPU頻繁切換，浪費資源。

有的連接請求過來不做任何事情，但服務端還會分配對應的線程，這樣就會造成不必要的線程開銷。這就好比你去餐廳吃飯，你拿著菜單看了半天發(fā)現(xiàn)真他娘的貴，然后你就走人了。這段時間等你點菜的服務員就相當于一個對應的線程，你要點菜可以看作一個連接請求。

同時，每次建立連接后，當線程調(diào)用讀寫方法時，線程會被阻塞，直到有數(shù)據(jù)可讀可寫， 在此期間線程不能做其它事情。還是上邊餐廳吃飯的例子，你出去轉(zhuǎn)了一圈發(fā)現(xiàn)還是這家性價比最高?；氐竭@家餐廳又拿著菜單看了半天，服務員也在旁邊等你點完菜為止。這個過程中服務員什么也不能做，只能這么干等著，這個過程相當于阻塞。

你看這樣的方式，每來一個請求就要分配一個線程，并且還得阻塞地等線程處理完。有的請求還只是過來連接下，什么操作也不干，還得為它分配一個線程，對服務器資源要求那得多高啊。遇到高并發(fā)場景，不敢想象。對于連接數(shù)目比較小的的固定架構(gòu)倒是可以考慮。

2、偽異步IO模型

你可能了解過一種通過線程池優(yōu)化的解決方案，采用線程池和任務隊列的方式。這種被稱作偽異步IO模型。

當有客戶端接入時，將客戶端的請求封裝成一個 task 投遞到后端線程池中來處理。線程池維護一個消息隊列和多個活躍線程，對消息隊列中的任務進行處理。

這種解決方案，避免了為每個請求創(chuàng)建一個線程導致的線程資源耗盡問題。但是底層仍然是同步阻塞模型。如果線程池內(nèi)的所有線程都阻塞了，那么對于更多請求就無法響應了。因此這種模式會限制最大連接數(shù)，并不能從根本上解決問題。

我們繼續(xù)用上邊的餐廳來舉例，餐廳老板在經(jīng)營了一段時間后，顧客多了起來，原本店里的5個服務員一對一服務的話根本對付不過來。于是老板采用5個人線程池的方式。服務員服務完一個客人后立刻去服務另一個。

這時問題出現(xiàn)了，有的客人點菜特別慢，服務員就得等待很長時間，直到客人點完為止。如果5個客人都點的特別慢的話，這5個服務員就得一直等下去，就會導致其余的顧客沒有人服務的狀態(tài)。這就是我們上邊所說的線程池所有線程都被阻塞的情況。

那么這種問題該如何解決呢?別急， Reactor 模式就要出場了。

3、Reactor設計模式

Reactor 模式的基本設計思想是基于I/O復用模型來實現(xiàn)的。

這里說下I/O復用模型。和傳統(tǒng)IO多線程阻塞不同，I/O復用模型中多個連接共用一個阻塞對象，應用程序只需要在一個阻塞對象等待。當某個連接有新的數(shù)據(jù)可以處理時，操作系統(tǒng)通知應用程序，線程從阻塞狀態(tài)返回，開始進行業(yè)務處理。

什么意思呢?餐廳老板也發(fā)現(xiàn)了顧客點餐慢的問題，于是他采用了一種大膽的方式，只留了一個服務員。當客人點餐的時候，這個服務員就去招待別的客人，客人點好餐后直接喊服務員來進行服務。這里的顧客和服務員可以分別看作多個連接和一個線程。服務員阻塞在一個顧客那里，當有別的顧客點好餐后，她就立刻去服務其他的顧客。

了解了 reactor 的設計思想后，我們再來看下今天的主角單 reactor 單線程的實現(xiàn)方案：

Reactor 通過 I/O復用程序監(jiān)控客戶端請求事件，收到事件后通過任務分派器進行分發(fā)。

針對建立連接請求事件，通過 Acceptor 處理，并建立對應的 handler 負責后續(xù)業(yè)務處理。

針對非連接事件，Reactor 會調(diào)用對應的 handler 完成 read->業(yè)務處理->write 處理流程，并將結(jié)果返回給客戶端。

整個過程都在一個線程里完成。

單線程時代

了解了 Reactor 模式后，你可能會有一個疑問，這個和我們今天的主題有什么關(guān)系呢?？赡苣悴恢赖氖牵琑edis 是基于 Reactor 單線程模式來實現(xiàn)的。

IO多路復用程序接收到用戶的請求后，全部推送到一個隊列里，交給文件分派器。對于后續(xù)的操作，和在 reactor 單線程實現(xiàn)方案里看到的一樣，整個過程都在一個線程里完成，因此 Redis 被稱為是單線程的操作。

對于單線程的 Redis 來說，基于內(nèi)存，且命令操作時間復雜度低，因此讀寫速率是非?？斓?。

多線程時代

Redis6 版本中引入了多線程。上邊已經(jīng)提到過 Redis 單線程處理有著很快的速度，那為什么還要引入多線程呢?單線程的瓶頸在什么地方?

我們先來看第二個問題，在 Redis 中，單線程的性能瓶頸主要在網(wǎng)絡IO操作上。也就是在讀寫網(wǎng)絡 read/write 系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行期間會占用大部分 CPU 時間。如果你要對一些大的鍵值對進行刪除操作的話，在短時間內(nèi)是刪不完的，那么對于單線程來說就會阻塞后邊的操作。

回想下上邊講得 Reactor 模式中單線程的處理方式。針對非連接事件，Reactor 會調(diào)用對應的 handler 完成 read->業(yè)務處理->write 處理流程，也就是說這一步會造成性能上的瓶頸。

Redis 在設計上采用將網(wǎng)絡數(shù)據(jù)讀寫和協(xié)議解析通過多線程的方式來處理，對于命令執(zhí)行來說，仍然使用單線程操作。

總結(jié)

Reactor模式

• 傳統(tǒng)阻塞IO模型客戶端與服務端線程1:1分配，不利于進行擴展。
• 偽異步IO模型采用線程池方式，但是底層仍然使用同步阻塞方式，限制了最大連接數(shù)。
• Reactor 通過 I/O復用程序監(jiān)控客戶端請求事件，通過任務分派器進行分發(fā)。

單線程時代

基于 Reactor 單線程模式實現(xiàn)，通過IO多路復用程序接收到用戶的請求后，全部推送到一個隊列里，交給文件分派器進行處理。

多線程時代 

• 單線程性能瓶頸主要在網(wǎng)絡IO上。
• 將網(wǎng)絡數(shù)據(jù)讀寫和協(xié)議解析通過多線程的方式來處理 ，對于命令執(zhí)行來說，仍然使用單線程操作。