Redis 6.0 引入的多线程机制 对IO的增强

Redis 6.0 引入的多线程机制并非取代 IO 多路复用,而是与 IO 多路复用深度配合,解决单线程在处理“已就绪 IO 事件”时的效率瓶颈。两者的协作是 Redis 高并发能力的核心,具体操作流程可拆解为以下关键步骤:

一、IO 多路复用器的核心角色:“事件探测器”

在 Redis 中,IO 多路复用器(如 Linux 下的 epoll)的核心作用始终是高效监听大量 TCP 连接的 IO 事件(如“可读”“可写”),这一点在多线程模式下没有变化:

  • 主线程会将所有客户端连接注册到 epoll 中,并指定需要监听的事件类型(读事件:客户端发送命令;写事件:需向客户端返回结果)。
  • epoll 会持续监控这些连接,当某(些)连接的 IO 事件就绪(如客户端发送了数据,触发“可读”事件),会将这些就绪事件记录到一个“就绪列表”中,等待主线程处理。

二、多线程与 IO 多路复用的协作:“事件分配-并行处理”

epoll 收集到一批就绪 IO 事件后,多线程的作用开始体现——并行处理这些已就绪的 IO 操作(读/写),流程如下:

1. 主线程:获取就绪事件,分配给 IO 线程

  • 主线程调用 epoll_waitepoll 中获取所有就绪的 IO 事件(如一批“可读”事件)。
  • 若开启了多线程(io-threads-do-reads yes),主线程会将这些就绪事件平均分配给多个 IO 线程(例如,8 个就绪连接分给 4 个 IO 线程,每个线程处理 2 个)。
  • 分配的是“事件对应的连接”,而非实际数据,且分配过程无锁(通过简单的轮询或均分策略,避免复杂同步)。

2. IO 线程:并行处理“就绪 IO 事件”的读写操作

  • 读事件处理
    每个 IO 线程独立处理分配给自己的“可读”连接:从 TCP 缓冲区中读取客户端发送的二进制数据(如 *3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n),并完成协议解析(转换为 Redis 可识别的命令结构,如 SET key value)。
    注意:IO 线程仅做“读+解析”,不执行命令,因此不会操作共享数据,无需加锁。

  • 写事件处理
    当主线程执行完命令后,会生成响应结果(如 OK 或具体值)。若响应需要写回客户端(触发“可写”事件),主线程会将这些“可写”连接分配给 IO 线程,多个 IO 线程并行将结果写入对应客户端的 TCP 缓冲区。

3. 主线程:汇总结果,继续监听

  • IO 线程完成读写后,会将解析好的命令(读阶段)或写完成的状态(写阶段)反馈给主线程。
  • 主线程汇总所有 IO 线程的结果(如收集所有解析好的命令),按顺序执行命令(核心逻辑仍单线程,保证原子性)。
  • 命令执行完毕后,主线程再次通过 epoll 监听新的 IO 事件,进入下一轮循环。

三、关键:多线程与 IO 多路复用的“互补性”

  • IO 多路复用解决“监听效率”问题:通过 epoll 高效筛选出“已就绪”的 IO 事件,避免主线程盲目遍历所有连接,确保只处理“有数据的连接”。
  • 多线程解决“处理效率”问题:当大量 IO 事件同时就绪时(如数万客户端同时发送命令),单线程逐个处理读写会成为瓶颈,多线程并行处理这些“已就绪的 IO 操作”,大幅提升吞吐量。

四、为什么不直接用多线程替代 IO 多路复用?

  • IO 多路复用的核心价值是“用极少资源监听海量连接”epoll 可监听百万级连接,且监听过程几乎不消耗 CPU)。若去掉 IO 多路复用,让多线程各自监听部分连接,会导致:
    • 线程数量爆炸(需与连接数匹配),引发严重的上下文切换开销;
    • 大量线程处于“等待 IO”的阻塞状态,浪费系统资源。

总结

Redis 6.0 中,IO 多路复用负责“精准发现就绪的 IO 事件”多线程负责“并行处理这些已就绪的 IO 操作”,两者形成“探测-处理”的高效协作:

  • 前者确保“不做无用功”(只处理有数据的连接);
  • 后者确保“做的快”(并行处理读写,不被单线程瓶颈限制)。

这种组合既保留了 IO 多路复用监听海量连接的优势,又通过多线程突破了单线程处理 IO 的性能上限,最终实现了 Redis 在高并发场景下的吞吐量跃升。

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