【redis】线程IO模型

Redis线程IO模型

总结：在redis5.0及之前，redis线程io模型是单线程。那么Redis单线程如何处理那么多的并发客户端连接的？原因两点：1）非阻塞io 2）多路复用（事件轮询）

以下，我就针对上面的总结来展开说说redis线程io模型。

1、客户端与redis服务器的通信过程

当客户端执行redis.set(“key”,“value”)命令时，

客户端通过操作系统创建一个套接字。
- 这个套接字会连接到运行 Redis 服务器的机器地址和端口（通常是 6379）。
- 一旦连接建立成功，你的程序就可以通过这个套接字向 Redis 服务器发送数据
客户端将命令通过 write() 进入 内核写缓冲区。
内核写缓存区的数据会从网卡 → redis服务端的内核读缓冲区。
redis服务端通过多路复用（epoll）得知内核读缓存区有命令需要执行。
执行之后的响应数据进入Redis服务器的 内核写缓冲区
接着内核写缓存区的数据又会从网卡 → redis客户端的内核读缓冲区。
客户端通过 read() 获取响应数据。

当客户端执行redis.get(“key”)命令时，

客户端将命令通过 write() 进入 内核写缓冲区。
内核写缓存区的数据会从网卡 → redis服务端的内核读缓冲区。
redis服务端通过多路复用（epoll）得知内核读缓存区有命令需要执行。
执行之后的响应数据进入Redis服务器的 内核写缓冲区
接着内核写缓存区的数据又会从网卡 → redis客户端的内核读缓冲区。
客户端通过 read() 获取响应数据。

GET 命令全流程：

在这里插入图片描述

客户端详细视角：

在这里插入图片描述

服务端详细视角：

在这里插入图片描述

redis服务端视角就能体现Redis高性能的核心：
通过非阻塞IO + 多路复用（epoll/kqueue）单线程监听所有连接的缓冲区状态：

当某连接的读缓冲区有数据 → 触发Redis读取命令
当某连接的写缓冲区有空闲 → 触发Redis发送响应

此时你可能还不了解非阻塞IO和多路复用究竟是什么？没事，继续看下去。

这里要特别注意，**这里的非阻塞IO是指redis服务器，而非客户端。**因此下面将对比介绍阻塞IO和非阻塞IO，以及多路复用（事件循环）。

2、非阻塞IO & 阻塞IO

阻塞IO：典型的例子就是Java 的 Jedis（同步阻塞客户端）。

jedis.get(“key”) ：

触发 write()：客户端将 GET key 命令写入内核写缓冲区 → 通常瞬间完成
- 缓冲区未满：写入数据
- 缓冲区满了：线程卡在 write() 调用（阻塞）
触发read()：客户端尝试从内核读缓冲区读取 Redis 的响应（如 "value"）
- 有数据：立即返回结果 → 线程继续执行
- 无数据：线程卡在 read() 调用（阻塞）

非阻塞IO：典型的例子就是Redis 服务器内部

Redis 将 socket 设置为 Non_Blocking，

调用 read() 时无数据，也会立刻返回 EAGAIN 错误而非阻塞。
调用 write() 时无空间，也会立刻返回 EAGAIN 错误而非阻塞。

这边想要再扩展一个非阻塞IO的例子：

支持非阻塞的客户端库（如 Lettuce）

commands.get() 将命令写入内核写缓冲区（非阻塞写）。
客户端库 注册回调函数 并立即返回。
库内部用 Selector 轮询 内核读缓冲区 → 数据到达后调用回调。

其实，redis只有在感知到内核读缓冲区有数据时，才会调用 read() 去读取数据。

那么redis是怎么感知到内核读缓冲区有数据的？当缓冲区满了，又是怎么知道要什么时候能继续写入数据？答案就是通过多路复用（epoll）。

3、多路复用（epoll）

// Redis 事件循环伪代码
void eventLoop() {while(server.running) {// 0. 计算超时时间（动态值，假设为200ms）timeout = calculate_timeout(); // 1. 获取待处理事件（核心：epoll_wait 在此等待，最多只会阻塞等待timeout时间，如果在这个超时时间内有数据了就会恢复运行态，如果在这个超时时间内依然没有数据，那么就会去处理其他事件，比如时间事件）events = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, timeout); // 2. 处理文件事件（网络请求，处理命令）for each event in events:if event.is_readable:  // 可读事件 → 执行客户端命令readQueryFromClient()if event.is_writable: // 可写事件 → 发送响应writeReplyToClient()// 3. 处理时间事件（定时任务，如RDB备份、Key过期）processTimeEvents()}
}

流程图如下：

以上代码，基本可以说明redis单线程都在干什么了：

一个永不停止的循环（while(1)），用 单线程 同时监听 所有客户端连接 + 定时任务 + 内部任务，通过事件分发处理请求。

这里具体介绍epoll机制：

// Redis 仅通过 epoll 做一件事：
int num_events = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, timeout);

监听对象：所有客户端连接的 socket
监听事件：
- EPOLLIN：内核读缓冲区有数据可读（客户端命令到达）
- EPOLLOUT：内核写缓冲区有空闲空间（可发送响应）

在这里插入图片描述

epoll 感知事件的底层原理是全程无CPU轮询！依赖硬件中断。

// 系统调用流程
int epoll_wait() {// 1. 检查就绪队列（快速路径）if (!list_empty(rdllist)) return events; // 立即返回// 2. 无事件时：让出CPUset_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); // 标记为阻塞态schedule(); // 主动让出CPU → 其他进程运行
}