redis是单线程还是多线程，为什么

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Redis4.0之前是单线程运行的；Redis4.0后开始支持多线程。Redis4.0之前使用单线程的原因：1、单线程模式方便开发和调试；2、Redis内部使用了基于epoll的多路复用；3、Redis主要的性能瓶颈是内存或网络带宽。

（学习视频分享：redis视频教程）

不同版本的Redis是不同的，在Redis4.0之前，Redis是单线程运行的，但单线程并不代表效率低，像Nginx、Nodejs也是单线程程序，但是它们的效率并不低。

原因是Redis是基于内存的，它的瓶颈在于机器的内存、网络带宽，而不是CPU，在CPU还没达到瓶颈时机器内存可能就满了、或者带宽达到瓶颈了。因此CPU不是主要原因，那么自然就采用单线程了，况且使用多线程比较麻烦。

但是在Redis4.0的时候，已经开始支持多线程了，比如后台删除等功能。

简单来说，Redis在4.0之前使用单线程的模式是因为以下三个原因：

• 使用单线程模式的Redis，其开发和维护更简单，因为单线程模式方便开发和调试。

• 即使使用单线程模型也能够并发地处理多客户端的请求，主要是因为Redis内部使用了基于epoll的多路复用。

• 对于Redis来说，主要的性能瓶颈是内存或网络带宽，而非CPU。

但Redis在4.0以及之后的版本中引入了惰性删除（也叫异步删除），意思就是我们可以使用异步的方式对Redis中的数据进行删除操作，例如：

• unlink key：和del key类似，删除指定的key，若key不存在则key被跳过。但是del会产生阻塞，而unlink命令会在另一个线程中回收内存，即它是非阻塞的【http://www.redis.cn/commands/unlink.html】；

• flushdb async：删除当前数据库的所有数据【http://www.redis.cn/commands/flushdb.html】；

• flushall async：删除所有库中的数据【http://www.redis.cn/commands/flushall.html】。

这样处理的好处是不会使Redis的主线程卡顿，会把这些操作交给后台线程来执行。

【通常情况下使用del指令可以很快的删除数据，但是当被删除的key是一个非常大的对象时，例如：删除的时包含成千上万个元素的hash集合时，那么del指令就会造成Redis主线程卡顿，因此使用惰性删除可以有效避免Redis卡顿问题。】

考点分析：

关于Redis线程模型的问题（单线程或多线程）几乎是Redis必问的问题之一，但回答好的人却不多，大部分只能回答上来Redis是单线程的以及说出来单线程的众多好处，但对于Redis4.0和Redis6.0中，尤其是Redis6.0中多线程的特点，能够准确回答上来的人非常少。关于单线程和多线程的相关知识，还有以下面试题。

1.Redis主线程既然是单线程，为什么还这个快？

2.介绍一下Redis中的IO多路复用？

3.介绍一下Redis6.0中的多线程？

1.Redis为什么这么快？

原因有以下几点：

a.基于内存操作：Redis的所有数据都存在内存中，因此所有的运算都是内存级别的，所以它的性能比较高。

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b.数据结构简单：Redis的数据结构比较简单，是为Redis专门设计的，而这些简单的数据结构的查找和操作的时间复杂度都是O(1)。

c.多路复用和非阻塞IO：Redis使用IO多路复用功能来监听多个socket连接的客户端，这样就可以使用一个线程来处理多个情况，从而减少线程切换带来的开销，同时也避免了IO阻塞操作，从而大大提高了Redis的性能。

d.避免上下文切换：因为是单线程模型，因此就避免了不必要的上下文切换和多线程竞争，这就省去了多线程切换带来的时间和性能上的开销，而且单线程不会导致死锁的问题发生。

官方使用的基准测试结果表明，单线程的Redis可以达到10W/S的吞吐量。

2.IO多路复用是什么？

套接字的读写方法默认是阻塞的，例如当调用读取操作read方法时，缓冲区没有任何数据，那么这个线程会卡在这里，直到缓冲区有数据或者连接被关闭时，read方法才会返回，该线程才能继续处理其他业务。

但这样显然就降低了程序的执行效率，而Redis使用的时非阻塞的IO，这就意味着IO的读写流程不再是阻塞的，读写方法都是瞬间完成并且返回的，也就是它会采用能读多少就读多少、能写多少就写多少的策略来执行IO操作，这显然更符合我们对性能的追求。

但这种非阻塞的IO也面临一个问题，那就是当我们执行读取操作时，有可能只读取了一部分数据；同理写数据也是这种情况，当缓冲区满了，而我们的数据还没有写完，那么生效的数据何时写就成了一个问题。

而IO的多路复用就是解决上面的这个问题的，使用IO多路复用最简单的方式就是使用select函数，此函数是操作系统提供给用户程序的API接口，用于监控多个文件描述符的可读和可写情况的，这样就可以监控到文件描述符的读写事件了。当监控到相应的时间之后就可以通知线程处理相应的业务了，这样就保证了Redis读写功能的正常执行。

【不过现在的操作系统已经基本上不适用select函数了，改为调用epoll函数（Linux）了，macOS则是使用Kqueue（继承与Unix），因为select函数在文件描述符非常多的时候性能非常差。】

3.Redis6.0中的多线程？

Redis单线程的优点非常，不但降低了Redis内部实现的负责性，也让所有操作都可以在无锁的情况下进行，并且不存在死锁和线程切换带来的性能以及时间上的消耗；但是其缺点也很明显，单线程机制导致Redis的QPS（Query Per Second，每秒查询数）很难得到有效的提高（虽然够快了，但人毕竟还是要有更高的追求的）。

Redis在4.0版本中虽然引入了多线程，但是此版本的多线程只能用于大数据量的异步删除，对于非删除操作的意义并不是很大。

如果我们使用Redis多线程就可以分摊Redis同步读写IO的压力，以及充分利用多核CPU资源，并且可以有效的提升Redis的QPS。在Redis中虽然使用了IO多路复用，并且是基于非阻塞的IO进行操作的，但是IO的读写本身是阻塞的。比如当socket中有数据时，Redis会先将数据从内核态空间拷贝到用户态空间，然后再进行相关操作，而这个拷贝过程是阻塞的，并且当数据量越大时拷贝所需要的的时间就越多，而这些操作都是基于单线程完成的。

因此在Redis6.0中新增了多线程的功能来提高IO的读写性能，它的主要实现思路是将主线程的IO读写任务拆分给一组独立的线程去执行，这样就可以使用多个socket的读写并行化了，但Redis的命令依旧是主线程串行执行的。

但是注意：Redis6.0是默认禁用多线程的，但可以通过配置文件redis.conf中的io-threads-do-reads 等于 true 来开启。但是还不够，除此之外我们还需要设置线程的数量才能正确地开启多线程的功能，同样是修改Redis的配置，例如设置 io-threads 4，表示开启4个线程。

【关于线程数的设置，官方的建议是如果为4核CPU，那么设置线程数为2或3；如果为8核CPU，那么设置线程数为6.总之线程数一定要小于机器的CPU核数，线程数并不是越大越好。】

关于Redis的性能，Redis的作者在2019年的RedisConf大会上提到，Redis6.0引入的多线程IO特性对性能的提升至少是一倍以上。国人也有在阿里云使用4个线程的Redis版本和单线程的Redis进行比较测试，发现测试结果和Redis作者说的一致，性能基本可以提高一倍。

总结：

本文介绍了Redis在4.0之前单线程依然快的原因：基于内存操作、数据结构简单、IO多路复用和非阻塞IO、避免了不必要的线程上下文切换。并且在Redis4.0开始支持多线程，主要体现在大数据的异步删除方面，例如：unlink key、flushdb async、flushall async等。而Redis6.0的多线程则增加了对IO读写的并发能力，用于更好的提升Redis的性能。

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 2020-12-18