為什么說redis是單線程的

這篇文章主要介紹為什么說redis是單線程的，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

Redis即遠(yuǎn)程字典服務(wù)，是一個(gè)開源的使用ANSI C語言編寫、支持網(wǎng)絡(luò)、可基于內(nèi)存亦可持久化的日志型、Key-Value數(shù)據(jù)庫，并提供多種語言的API。

文件事件處理器

Redis基于Reactor模式開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)事件處理器，這個(gè)處理器被稱為文件事件處理器。它的組成結(jié)構(gòu)為4部分：多個(gè)套接字、IO多路復(fù)用程序、文件事件分派器、事件處理器。因?yàn)槲募录峙善麝?duì)列的消費(fèi)是單線程的，所以Redis才叫單線程模型。

消息處理流程

文件事件處理器使用I/O多路復(fù)用(multiplexing)程序來同時(shí)監(jiān)聽多個(gè)套接字，并根據(jù)套接字目前執(zhí)行的任務(wù)來為套接字關(guān)聯(lián)不同的事件處理器。

當(dāng)被監(jiān)聽的套接字準(zhǔn)備好執(zhí)行連接應(yīng)答(accept)、讀取(read)、寫入(write)、關(guān)閉(close)等操作時(shí)，與操作相對應(yīng)的文件事件就會(huì)產(chǎn)生，這時(shí)文件事件處理器就會(huì)調(diào)用套接字之前關(guān)聯(lián)好的事件處理器來處理這些事件。

盡管多個(gè)文件事件可能會(huì)并發(fā)地出現(xiàn)，但I(xiàn)/O多路復(fù)用程序總是會(huì)將所有產(chǎn)生事件的套接字都推到一個(gè)隊(duì)列里面，然后通過這個(gè)隊(duì)列，以有序（sequentially）、同步（synchronously）、每次一個(gè)套接字的方式向文件事件分派器傳送套接字：當(dāng)上一個(gè)套接字產(chǎn)生的事件被處理完畢之后（該套接字為事件所關(guān)聯(lián)的事件處理器執(zhí)行完畢）， I/O多路復(fù)用程序才會(huì)繼續(xù)向文件事件分派器傳送下一個(gè)套接字。

I/O 多路復(fù)用程序的實(shí)現(xiàn)

Redis的I/O多路復(fù)用程序的所有功能是通過包裝select、epoll、evport和kqueue這些I/O多路復(fù)用函數(shù)庫來實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)I/O多路復(fù)用函數(shù)庫在Redis源碼中都對應(yīng)一個(gè)單獨(dú)的文件，比如ae_select.c、ae_epoll.c、ae_kqueue.c等。

因?yàn)镽edis為每個(gè)I/O多路復(fù)用函數(shù)庫都實(shí)現(xiàn)了相同的API，所以I/O多路復(fù)用程序的底層實(shí)現(xiàn)是可以互換的，如下圖所示。

有關(guān)epoll的詳細(xì)講解，可以點(diǎn)擊查看，徹底搞懂epoll高效運(yùn)行的原理

Redis在I/O多路復(fù)用程序的實(shí)現(xiàn)源碼中用#include宏定義了相應(yīng)的規(guī)則，程序會(huì)在編譯時(shí)自動(dòng)選擇系統(tǒng)中性能最好的I/O多路復(fù)用函數(shù)庫來作為Redis的I/O多路復(fù)用程序的底層實(shí)現(xiàn)：

/* Include the best multiplexing layer supported by this system.
 * The following should be ordered by performances, descending. */
#ifdef HAVE_EVPORT
#include "ae_evport.c"
#else
    #ifdef HAVE_EPOLL
    #include "ae_epoll.c"
    #else
        #ifdef HAVE_KQUEUE
        #include "ae_kqueue.c"
        #else
        #include "ae_select.c"
        #endif
    #endif
#endif

文件事件的類型

I/O 多路復(fù)用程序可以監(jiān)聽多個(gè)套接字的ae.h/AE_READABLE事件和ae.h/AE_WRITABLE事件，這兩類事件和套接字操作之間的對應(yīng)關(guān)系如下：

當(dāng)套接字變得可讀時(shí)（客戶端對套接字執(zhí)行write操作，或者執(zhí)行close操作），或者有新的可應(yīng)答（acceptable）套接字出現(xiàn)時(shí)（客戶端對服務(wù)器的監(jiān)聽套接字執(zhí)行connect操作），套接字產(chǎn)生AE_READABLE 事件。

當(dāng)套接字變得可寫時(shí)（客戶端對套接字執(zhí)行read操作），套接字產(chǎn)生AE_WRITABLE事件。I/O多路復(fù)用程序允許服務(wù)器同時(shí)監(jiān)聽套接字的AE_READABLE事件和AE_WRITABLE事件，如果一個(gè)套接字同時(shí)產(chǎn)生了這兩種事件，那么文件事件分派器會(huì)優(yōu)先處理AE_READABLE事件，等到AE_READABLE事件處理完之后，才處理AE_WRITABLE 事件。這也就是說，如果一個(gè)套接字又可讀又可寫的話，那么服務(wù)器將先讀套接字，后寫套接字。

文件事件的處理器

Redis為文件事件編寫了多個(gè)處理器，這些事件處理器分別用于實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)通訊需求，常用的處理器如下：

為了對連接服務(wù)器的各個(gè)客戶端進(jìn)行應(yīng)答， 服務(wù)器要為監(jiān)聽套接字關(guān)聯(lián)連接應(yīng)答處理器。

為了接收客戶端傳來的命令請求， 服務(wù)器要為客戶端套接字關(guān)聯(lián)命令請求處理器。

為了向客戶端返回命令的執(zhí)行結(jié)果， 服務(wù)器要為客戶端套接字關(guān)聯(lián)命令回復(fù)處理器。

連接應(yīng)答處理器

networking.c中acceptTcpHandler函數(shù)是Redis的連接應(yīng)答處理器，這個(gè)處理器用于對連接服務(wù)器監(jiān)聽套接字的客戶端進(jìn)行應(yīng)答，具體實(shí)現(xiàn)為sys/socket.h/accept函數(shù)的包裝。

當(dāng)Redis服務(wù)器進(jìn)行初始化的時(shí)候，程序會(huì)將這個(gè)連接應(yīng)答處理器和服務(wù)器監(jiān)聽套接字的AE_READABLE事件關(guān)聯(lián)起來，當(dāng)有客戶端用sys/socket.h/connect函數(shù)連接服務(wù)器監(jiān)聽套接字的時(shí)候， 套接字就會(huì)產(chǎn)生AE_READABLE 事件， 引發(fā)連接應(yīng)答處理器執(zhí)行， 并執(zhí)行相應(yīng)的套接字應(yīng)答操作，如圖所示。

命令請求處理器

networking.c中readQueryFromClient函數(shù)是Redis的命令請求處理器，這個(gè)處理器負(fù)責(zé)從套接字中讀入客戶端發(fā)送的命令請求內(nèi)容， 具體實(shí)現(xiàn)為unistd.h/read函數(shù)的包裝。

當(dāng)一個(gè)客戶端通過連接應(yīng)答處理器成功連接到服務(wù)器之后， 服務(wù)器會(huì)將客戶端套接字的AE_READABLE事件和命令請求處理器關(guān)聯(lián)起來，當(dāng)客戶端向服務(wù)器發(fā)送命令請求的時(shí)候，套接字就會(huì)產(chǎn)生 AE_READABLE事件，引發(fā)命令請求處理器執(zhí)行，并執(zhí)行相應(yīng)的套接字讀入操作，如圖所示。

在客戶端連接服務(wù)器的整個(gè)過程中，服務(wù)器都會(huì)一直為客戶端套接字的AE_READABLE事件關(guān)聯(lián)命令請求處理器。

命令回復(fù)處理器

networking.c中sendReplyToClient函數(shù)是Redis的命令回復(fù)處理器，這個(gè)處理器負(fù)責(zé)將服務(wù)器執(zhí)行命令后得到的命令回復(fù)通過套接字返回給客戶端，具體實(shí)現(xiàn)為unistd.h/write函數(shù)的包裝。

當(dāng)服務(wù)器有命令回復(fù)需要傳送給客戶端的時(shí)候，服務(wù)器會(huì)將客戶端套接字的AE_WRITABLE事件和命令回復(fù)處理器關(guān)聯(lián)起來，當(dāng)客戶端準(zhǔn)備好接收服務(wù)器傳回的命令回復(fù)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生AE_WRITABLE事件，引發(fā)命令回復(fù)處理器執(zhí)行，并執(zhí)行相應(yīng)的套接字寫入操作， 如圖所示。

當(dāng)命令回復(fù)發(fā)送完畢之后， 服務(wù)器就會(huì)解除命令回復(fù)處理器與客戶端套接字的 AE_WRITABLE 事件之間的關(guān)聯(lián)。

一次完整的客戶端與服務(wù)器連接事件示例

假設(shè)Redis服務(wù)器正在運(yùn)作，那么這個(gè)服務(wù)器的監(jiān)聽套接字的AE_READABLE事件應(yīng)該正處于監(jiān)聽狀態(tài)之下，而該事件所對應(yīng)的處理器為連接應(yīng)答處理器。

如果這時(shí)有一個(gè)Redis客戶端向Redis服務(wù)器發(fā)起連接，那么監(jiān)聽套接字將產(chǎn)生AE_READABLE事件， 觸發(fā)連接應(yīng)答處理器執(zhí)行：處理器會(huì)對客戶端的連接請求進(jìn)行應(yīng)答， 然后創(chuàng)建客戶端套接字，以及客戶端狀態(tài)，并將客戶端套接字的 AE_READABLE 事件與命令請求處理器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使得客戶端可以向主服務(wù)器發(fā)送命令請求。

之后，客戶端向Redis服務(wù)器發(fā)送一個(gè)命令請求，那么客戶端套接字將產(chǎn)生 AE_READABLE事件，引發(fā)命令請求處理器執(zhí)行，處理器讀取客戶端的命令內(nèi)容， 然后傳給相關(guān)程序去執(zhí)行。

執(zhí)行命令將產(chǎn)生相應(yīng)的命令回復(fù)，為了將這些命令回復(fù)傳送回客戶端，服務(wù)器會(huì)將客戶端套接字的AE_WRITABLE事件與命令回復(fù)處理器進(jìn)行關(guān)聯(lián)：當(dāng)客戶端嘗試讀取命令回復(fù)的時(shí)候，客戶端套接字將產(chǎn)生AE_WRITABLE事件， 觸發(fā)命令回復(fù)處理器執(zhí)行， 當(dāng)命令回復(fù)處理器將命令回復(fù)全部寫入到套接字之后， 服務(wù)器就會(huì)解除客戶端套接字的AE_WRITABLE事件與命令回復(fù)處理器之間的關(guān)聯(lián)。

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