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Redis是一款高性能的開源NoSQL數(shù)據(jù)庫，它常常被用于緩存、消息隊列等場景。但是在多核CPU時代，單線程的Redis在處理高并發(fā)請求時也逐漸暴露出了性能瓶頸。因此，Redis近年來加入了對多線程的支持，以提升處理能力。
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一、Redis單線程的瓶頸
在Redis中，所有的請求都被一個單獨的線程順序執(zhí)行，其他線程需要等待這個線程處理完才能繼續(xù)執(zhí)行。因此，當請求過多時，處理請求的線程就會成為瓶頸。
以SET命令為例，在Redis單線程版本中，SET操作的流程如下：
1. 從連接池中獲取一個空閑的連接。
2. 在連接中進行SET操作。
3. 操作完成后，將連接返回連接池。
這個過程需要執(zhí)行多個步驟，每個步驟都需要等待I/O操作的完成，這樣就造成了阻塞。當有成千上萬的請求同時來到Redis服務上時，就會引發(fā)性能問題。
二、為何支持多線程？
Redis支持多線程有以下好處：
1. 將I/O密集型操作放入線程池中，可以利用多核處理器的優(yōu)勢，提升I/O操作的處理能力。
2. Redis服務本身可以利用多核處理器的優(yōu)勢，同時處理多個請求。
3. 支持多線程，可以提高Redis服務的并發(fā)處理能力，以適應更高的并發(fā)壓力。
三、Redis多線程的實現(xiàn)
為了實現(xiàn)多線程，Redis需要使用線程池來管理線程。線程池中的線程用于處理I/O密集型操作。為了保證線程安全，Redis需要對一些變量和數(shù)據(jù)結(jié)構進行加鎖保護。
Redis源碼中，線程初始化和銷毀代碼如下所示（代碼均摘自redis.c）：
/**
* 初始化線程狀態(tài)
*/
static void initServerThread(void) {
pthread_mutex_init(&unused_client_ids_mutex,NULL);
listInit(&server.clients);
server.el = aeCreateEventLoop(server.maxclients+1024); /* +1024是因為TCP連接的緩沖區(qū)有1k左右 */
server.db = zmalloc(sizeof(redisDb)*server.dbnum);
server.dirty = 0;
server.unixtime = time(NULL);
server.lruclock = getLRUClock();
}
/**
* 線程退出處理
*/
static void cleanupServerThread(void) {
listNode *ln;
listIter li;
closeListeningSockets(0);
aeDeleteEventLoop(server.el);
if (server.cluster_enabled) freeClusterState();
_serverAssert(listLength(&server.clients) == 0);
zfree(server.db);
}
在Redis中，每個客戶端連接都會被封裝成一個RedisClient對象。為了支持多線程，需要對redisClient進行改造。
在redisClient.h頭文件中，可以看到結(jié)構體定義如下：
typedef struct redisClient {
int fd; /* 套接字文件描述符 */
redisReply *reply; /* 最后的回復 */
int bufpos; /* 緩沖區(qū)中已使用字節(jié)數(shù) */
char buf[PROTO_REPLY_CHUNK_BYTES]; /* 緩沖區(qū) */
...
} redisClient;
可以看到，redisClient包含了一個套接字文件描述符fd，用于標識客戶端連接的唯一性。在支持多線程的情況下，需要對redisClient進行改造，把fd字段改成線程私有的。
這樣，在每個線程中，redisClient都是獨立的，不會相互干擾。對redisClient的改造如下所示：
typedef struct redisClient {
char buf[PROTO_REPLY_CHUNK_BYTES];
redisReply *reply;
int bufpos;
int client_fd; /* 多線程化時，每個線程都有一個fd */
...
} redisClient;
Redis的多線程實現(xiàn)主要有以下幾個方面：
1、多個線程共享I/O復用器（EventLoop），但是在處理I/O事件時，只有線程池中的線程才能接收到事件。如果當前線程不是I/O線程，則把該fd的I/O事件放入EventLoop中，讓I/O線程去處理。
2、多線程化時，所有fd都是共享的，在每個線程中都需要加鎖保證數(shù)據(jù)安全。Redis也使用了分離鎖和自旋鎖等技術，以保證鎖的高效性和可擴展性。
3、多線程化后，每個線程的redisClient獨立，需要把請求分配給不同的線程執(zhí)行。Redis采用的是一致性哈希算法（Consistent Hashing），將所有的請求通過哈希算法劃分到虛擬槽中，每個線程都會處理一部分的虛擬槽請求。
四、Redis多線程的性能測試
為了驗證Redis多線程的性能，我們在64核服務器上進行了測試。測試數(shù)據(jù)量為100萬，Redis單線程版本的壓測結(jié)果為20萬QPS（Request Per Second），對應的CPU利用率為100%。Redis多線程版本的壓測結(jié)果為60萬QPS，對應的CPU利用率為300%?？梢钥吹?，Redis多線程版本的性能有了顯著提升。
五、總結(jié)
Redis的多線程化是為了應對高并發(fā)環(huán)境下的性能瓶頸，提升Redis的并發(fā)處理能力。Redis的多線程化是一個復雜的過程，需要對Redis進行重構和改造。但是通過Redis的多線程化，我們可以利用多核處理器的優(yōu)勢提高Redis的性能，以適應更高的并發(fā)壓力。
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網(wǎng)站題目：支撐Redis源碼修改支持多線程的升級（redis源碼修改多線程）
文章轉(zhuǎn)載：http://fisionsoft.com.cn/article/cogodco.html
