深入了解Redis線程工作模式

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Redis作為一種高性能的key-value存儲系統(tǒng)，無疑成為了熱門技術(shù)之一。Redis快速處理大量數(shù)據(jù)的能力取決于其高效的線程工作模式。本文將深入了解Redis的線程工作模式，以便更好的理解Redis的內(nèi)部工作原理。

Redis的線程模型

Redis從2.8版本開始，采用了多線程方式實現(xiàn)I/O多路復(fù)用，用于處理并發(fā)連接請求。Redis線程數(shù)默認(rèn)為cpu核心數(shù)量。其中，主線程被用于處理客戶端的連接和協(xié)議解析，以及同步的I/O操作。工作線程負(fù)責(zé)處理異步的 I/O 操作（如文件事件），并執(zhí)行在key空間中定義的命令。下圖是Redis多線程架構(gòu)示意圖：


如上圖所示，Redis主線程接收客戶端請求，同時與工作線程協(xié)作處理I/O讀寫。工作線程也處理Redis持久化操作和其他底層任務(wù)。Redis線程模型的優(yōu)點是減少鎖競爭，在高并發(fā)下性能得到強力保障。

Redis的I/O模型

Redis使用了epoll進行I/O多路復(fù)用，以實現(xiàn)高并發(fā)讀寫。epoll采取了邊緣觸發(fā)(EPOLLET)的方式，只有當(dāng)文件描述符狀態(tài)發(fā)生變化時，內(nèi)核才會通知應(yīng)用程序。

Redis采用epoll的ET模式以減少CPU上下文切換，處理過程簡單，效率高，并且避免了遺漏的文件描述符事件。ET模式需要確保讀取或?qū)懭氲木彺鎱^(qū)，都應(yīng)該被完整的處理一遍。因此，當(dāng)Redis請求的大小超過系統(tǒng)默認(rèn)的緩沖區(qū)大小時，redis在異步讀取/寫入時，需要進行多次的讀寫操作，以確保緩沖區(qū)文本被完整地讀出/寫入。以下是Redis ET讀寫實現(xiàn)過程的示意圖：


Redis的AOF持久化模式

Redis主要支持兩種持久化方式：RDB和AOF。不過本文只討論AOF持久化策略，它也是Redis使用最多的一種策略。AOF的寫操作可能會卡住主進程，從而影響性能。為了降低寫操作的影響，Redis容器采取了異步AOF持久化模式，即BGREWRITEAOF（后臺重寫）。該模式通過生成新的AOF文件，然后將其追加到原AOF文件中。該過程在后臺完成，不會阻塞Redis的主工作線程。以下為Redis AOF持久化模式示意圖：


從上圖中可以看出，Redis將不太重要的任務(wù)交給了工作線程，并將I/O操作異步化，以避免重要任務(wù)的阻塞。同時，Redis采取了異步AOF持久化模式，以減輕寫操作所產(chǎn)生的性能影響。Redis的線程工作模式十分高效，可接受高并發(fā)請求，具有出色的穩(wěn)定性和高可用性。

本文示例代碼：

// 1. mn thread

aeMn()

{

// 等待事件

aeApiPoll();

// …

// 接收到 read 命令后

if (socket_read_pending()) {

// 將命令交給工作線程執(zhí)行

worker_pool.schedule(read_handler, socket_fd);

}

// …

// 在工作線程中處理異步 I/O 請求

worker_pool.run_io_threads();

// …

}

// 2. 工作線程

void run_io_threads()

{

// 利用 poll() 函數(shù)進入等待就緒的狀態(tài)

// 和 poll() 函數(shù)類似，這里我們用自己封裝的 async_poll() 函數(shù)

while(true){

// 處理正在執(zhí)行的 IO 請求

process_io_requests();

// 查詢當(dāng)前是否有需要執(zhí)行的操作

if (async_poll(thread_read_fds)) {

// 執(zhí)行每個客戶端的命令

process_read_commands();

// 執(zhí)行文件事件

process_disk_events();

}

// 執(zhí)行 Redis 的一些常規(guī)操作

process_checkpointing();

process_timers();

process_scroll();

}

}

// 3. 異步 AOF 備份操作

void bg_rewrite_aof()

{

// 創(chuàng)建新文件

aof_file = open(“redis.aof.new”, O_CREAT | O_RDWR, S_IRWXU);

// …

// 異步寫入

while(true) {

append_to_file(io_buffer, io_size);

// 寫入速度過快

if (a_socket_send_buffer_full()) {

// 等待套接字寫空

a_socket_send_wt_until_unblock();

}

// 壓縮并移動文件

compress_and_transfer_approved_files();

}

}

// 4. Redis 的多線程模塊

class WorkerPool {

public:

// 從工作隊列中取出 worker 開始執(zhí)行

void run_worker(Worker& worker) {

pthread_create(worker.tid, NULL, worker.worker_routine, (void*)&tpool);

}

};

int mn() {

WorkerPool tp;

Worker* threads[THREAD_NUM];

for (int i = 0; i

threads[i].tid = i;

threads[i].worker_routine = worker_routine;

tp.run_worker(threads[i]);

}

}

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當(dāng)前題目：深入了解Redis線程工作模式（redis線程工作模式）
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