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【转载】关于Redis6.0之后的面试题

1. 为什么 Redis 一开始选择单线程模型(单线程的好处)?

Redis基于Reactor模式开发了网络事件处理器,这个处理器被称为文件事件处理器。它的组成结构为4部分:多个套接字IO多路复用程序文件事件分派器事件处理器因为文件事件分派器队列的消费是单线程的,所以Redis才叫单线程模型。

一般来说 Redis 的瓶颈并不在 CPU,而在内存和网络。如果要使用 CPU 多核,可以搭建多个 Redis 实例来解决。

Redis 4.0 开始就有多线程的概念了,比如 Redis 通过多线程方式在后台删除对象、以及通过 Redis 模块实现的阻塞命令等。

1.1 为什么Redis要设计成单线程模式的呢?

1.1.1 IO多路复用

Redis顶层设计

FD是一个文件描述符,意思是表示当前文件处于可读、可写还是异常状态。使用 I/O 多路复用机制同时监听多个文件描述符的可读和可写状态。你可以理解为具有了多线程的特点。
一旦受到网络请求就会在内存中快速处理,由于绝大多数的操作都是纯内存的,所以处理的速度会非常地快。也就是说在单线程模式下,即使连接的网络处理很多,因为有IO多路复用,依然可以在高速的内存处理中得到忽略。

1.1.2 可维护性高

多线程模型虽然在某些方面表现优异,但是它却引入了程序执行顺序的不确定性,带来了并发读写的一系列问题。单线程模式下,可以方便地进行调试和测试。

1.1.3 基于内存,单线程状态下效率依然高

多线程能够充分利用CPU的资源,但对于Redis来说,由于基于内存速度那是相当的高,能达到在一秒内处理10万个用户请求,如果一秒十万还不能满足,那我们就可以使用Redis分片的技术来交给不同的Redis服务器。这样的做法避免了在同一个 Redis 服务中引入大量的多线程操作

而且基于内存,除非是要进行AOF备份,否则基本上不会涉及任何的 I/O 操作。这些数据的读写由于只发生在内存中,所以处理速度是非常快的;用多线程模型处理全部的外部请求可能不是一个好的方案

现在我们知道了基本上可以总结成两句话,基于内存而且使用多路复用技术单线程速度很快,又保证了多线程的特点。因为没有必要使用多线程

2. 为什么 Redis 在 6.0 之后加入了多线程(在某些情况下,单线程出现了缺点,多线程可以解决)?

因为Redis 的瓶颈并不在 CPU,而在内存和网络。

内存不够的话,可以加内存或者做数据结构优化和其他优化等,但网络的性能优化才是大头,网络 IO 的读写在 Redis 整个执行期间占用了大部分的 CPU 时间,如果把网络处理这部分做成多线程处理方式,那对整个 Redis 的性能会有很大的提升

Redis 的多线程部分只是用来处理网络数据的读写和协议解析执行命令仍然是单线程。之所以这么设计是不想 Redis 因为多线程而变得复杂,需要去控制 keylua事务LPUSH/LPOP 等等的并发问题。

我们知道Redis可以使用del命令删除一个元素,如果这个元素非常大,可能占据了几十兆或者是几百兆,那么在短时间内是不能完成的,这样一来就需要多线程的异步支持

现在删除工作可以在后台进行。

优化方向:

  • 提高网络 IO 性能,典型的实现比如使用 DPDK 来替代内核网络栈的方式。
  • 使用多线程充分利用多核,典型的实现比如 Memcached。

所以总结起来,Redis 支持多线程主要就是两个原因:

  • 可以充分利用服务器 CPU 资源,目前主线程只能利用一个核
  • 多线程任务可以分摊 Redis 同步 IO 读写负荷

4. Redis 6.0 默认是否开启了多线程?

否,在conf文件进行配置

io-threads-do-reads yes

io-threads 线程数

官方建议:4 核的机器建议设置为 2 或 3 个线程,8 核的建议设置为 6 个线程,线程数一定要小于机器核数,尽量不超过8个。

5. Redis 6.0 多线程的实现机制?

流程简述如下

  • 主线程负责接收建立连接请求获取 Socket 放入全局等待读处理队列
  • 主线程处理完读事件之后,通过 RR(Round Robin)将这些连接分配给这些 IO 线程
  • 主线程阻塞等待 IO 线程读取 Socket 完毕
  • 主线程通过单线程的方式执行请求命令,请求数据读取并解析完成,但并不执行。
  • 主线程阻塞等待 IO 线程将数据回写 Socket 完毕
  • 解除绑定,清空等待队列

该设计有如下特点:

  • IO 线程要么同时在读 Socket,要么同时在写,不会同时读或写。
  • IO 线程只负责读写 Socket 解析命令,不负责命令处理

6. 开启多线程后,是否会存在线程并发安全问题?

不会,Redis 的多线程部分只是用来处理网络数据的读写和协议解析执行命令仍然是单线程顺序执行

7. Redis 线程中经常提到 IO 多路复用,如何理解?

这是 IO 模型的一种,即经典的 Reactor 设计模式,有时也称为异步阻塞 IO。

多路指的是多个 Socket 连接复用指的是复用一个线程。多路复用主要有三种技术:SelectPollEpoll

Epoll 是最新的也是目前最好的多路复用技术。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求(尽量减少网络 IO 的时间消耗),且 Redis 在内存中操作数据的速度非常快(内存内的操作不会成为这里的性能瓶颈),主要以上两点造就了 Redis 具有很高的吞吐量。

Redis 选择使用单线程模型处理客户端的请求主要还是因为 CPU 不是 Redis 服务器的瓶颈,所以使用多线程模型带来的性能提升并不能抵消它带来的开发成本和维护成本系统的性能瓶颈也主要在网络 I/O 操作上;而 Redis 引入多线程操作也是出于性能上的考虑,对于一些大键值对的删除操作,通过多线程非阻塞地释放内存空间也能减少对 Redis 主线程阻塞的时间,提高执行的效率

一句话讲完:之前用单线程是因为基于内存速度快,而且多路复用有多路复用的作用,也就是足够了,现在引入是因为在某些操作要优化,比如删除操作,因此引入了多线程。

以上内容来源:Redis 6.0 多线程发布之后面试题如何回答?


标题:【转载】关于Redis6.0之后的面试题
作者:MingGH
地址:https://runnable.run/articles/2021/03/22/1616406046758.html