单线程Redis快的原因
单线程:指redis网络IO和键值对读写。Redis 的其他功能,比如持久化、异步删除、集群数据同步等,其实是由额外的线程执行的。
采用单线程原因
多线程会有共享资源竞争带来的额外开销,如锁。为了避免竞争,采用了单线程。
redis快的原因
内存
内存操作比磁盘快
数据结构
高效的数据结构,参考Redis底层的数据结构
多路复用机制
impleKV为了处理一个Get请求,需要监听客户端请求(bind/listen),和客户端建立连接(accept),从socket中读取请求(recv),解析客户端发送请求(parse),根据请求类型读取键值数据(get),最后给客户端返回结果,即向socket中写回数据(send)。其中,传统的accept和recv都可能阻塞。
非阻塞IO
accpet和recv设置为非阻塞。其中,listen设置为非阻塞模式,其accept则非阻塞。accept设置为非阻塞模式,则send/revv非阻塞。
事件驱动
事件会被放进一个事件队列,Redis 单线程对该事件队列不断进行处理。这样一来,Redis 无需一直轮询是否有请求实际发生,这就可以避免造成 CPU 资源浪费。同时,Redis 在对事件队列中的事件进行处理时,会调用相应的处理函数,这就实现了基于事件的回调。因为 Redis 一直在对事件队列进行处理,所以能及时响应客户端请求,提升 Redis 的响应性能。
不同系统下实现不同
基于Linux系统下的select和epoll实现,也有基于FreeBSD的kqueue实现,以及基于Solaris的evport实现等
性能影响点
影响点
耗时操作
任意一个请求在server中一旦发生耗时,都会影响整个server的性能,也就是说后面的请求都要等前面这个耗时请求处理完成,自己才能被处理到。
耗时的操作包括以下几种:
- 操作bigkey:写入一个bigkey在分配内存时需要消耗更多的时间,同样,删除bigkey释放内存同样会产生耗时;
- 使用复杂度过高的命令:例如SORT/SUNION/ZUNIONSTORE,或者O(N)命令,但是N很大,例如lrange key 0 -1一次查询全量数据;
- 大量key集中过期:Redis的过期机制也是在主线程中执行的,大量key集中过期会导致处理一个请求时,耗时都在删除过期key,耗时变长;
- 淘汰策略:淘汰策略也是在主线程执行的,当内存超过Redis内存上限后,每次写入都需要淘汰一些key,也会造成耗时变长;
- AOF刷盘开启always机制:每次写入都需要把这个操作刷到磁盘,写磁盘的速度远比写内存慢,会拖慢Redis的性能;
- 主从全量同步生成RDB:虽然采用fork子进程生成数据快照,但fork这一瞬间也是会阻塞整个线程的,实例越大,阻塞时间越久;
单线程IO瓶颈
并发量非常大时,单线程读写客户端IO数据存在性能瓶颈,虽然采用IO多路复用机制,但是读写客户端数据依旧是同步IO,只能单线程依次读取客户端的数据,无法利用到CPU多核。
解决措施
-
针对耗时操作
一方面需要业务人员去规避,一方面Redis在4.0推出了lazy-free机制,把bigkey释放内存的耗时操作放在了异步线程中执行,降低对主线程的影响。 -
针对单线程IO瓶颈
Redis在6.0推出了多线程,可以在高并发场景下利用CPU多核多线程读写客户端数据,进一步提升server性能,当然,只是针对客户端的读写是并行的,每个命令的真正操作依旧是单线程的。
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