Redis高性能模型
一、引言
Redis是基于单进程单线程模型的，即对于客户端的所有读写等请求的处理，都由一个主线程串行地处理。因此当多个客户端同时对一个键进行写操作不会有并发问题。
我们知道Redis Server不仅处理客户端读写等请求，还有一些自身的比较复杂且耗时的操作，如持久化RDB和AOF文件等。Redis为了高效的处理客户端的事件，并没有将持久化文件放在主线程里面进行处理，而是Redis在适当的时机fork子进程来异步的处理这种任务。
Redis会fork子进程进行处理持久化文件操作，Redis还有一组异步任务处理线程，用于处理不需要主线程同步处理的工作，即处理一些低级别的事件。
二、Redis单进程单线程
上面我们提到Redis中异步任务处理线程，其被封装在BIO组件中。下面我们来看下bio.h，bio.c
/* Exported API */
void bioInit(void);
void bioCreateBackgroundJob(int type, void *arg1, void *arg2, void *arg3);
unsigned long long bioPendingJobsOfType(int type);
void bioWaitPendingJobsLE(int type, unsigned long long num);
time_t bioOlderJobOfType(int type);
void bioKillThreads(void);
/* Background job opcodes */
#define BIO_CLOSE_FILE 0 /* Deferred close(2) syscall. */
#define BIO_AOF_FSYNC 1 /* Deferred AOF fsync. */
#define BIO_NUM_OPS 2bioProcessBackgroundJobs()
/* Process the job accordingly to its type. */
if (type == BIO_CLOSE_FILE) {
close((long)job->arg1);
} else if (type == BIO_AOF_FSYNC) {
aof_fsync((long)job->arg1);
} else {
serverPanic("Wrong job type in bioProcessBackgroundJobs().");
}
/* Kill the running bio threads in an unclean way. This function should be
* used only when it's critical to stop the threads for some reason.
* Currently Redis does this only on crash (for instance on SIGSEGV) in order
* to perform a fast memory check without other threads messing with memory. */
void bioKillThreads(void) {
int err, j;
for (j = 0; j < BIO_NUM_OPS; j++) {
if (pthread_cancel(bio_threads[j]) == 0) {
if ((err = pthread_join(bio_threads[j],NULL)) != 0) {
serverLog(LL_WARNING,
"Bio thread for job type #%d can be joined: %s",
j, strerror(err));
} else {
serverLog(LL_WARNING,
"Bio thread for job type #%d terminated",j);
}
}
}
}从上述的代码中，可以看到BIO有三种类型的线程，分别处理三种类型的事件：
文件句柄关闭
AOF持久化
空间懒释放
三、Redis的高性能
在实际应用，我们经常会采用高性能软件Memcached、Nginx。然而Memcached、Nginx的高性能采用了不同的处理模型，Memcached是单进程多线程模型，Nginx是多进程单线程模型。
Redis的高性能又是如何做到的哪？
我们可以从如下几个方面分析：
绝大部分操作是基于纯粹的内存
相对简单的数据结构，Redis全程使用hash结构，读取速度快；还有一些特殊的数据结构，对数据存储进行了优化，如压缩表，对数据进行压缩存储；再如跳表，使用有序的数据结构加快读取的速度
单线程避免不必要的上线文切换及竞争条件
I/O多路复用模型
旨在解决IO的问题。多路I/O复用模型是非阻塞IO，内部实现采用epoll和自己实现的事件分离框架。
其利用select、poll、epoll 可以同时检测多个流的 I/O 事件的能力，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有 I/O 事件时，就从阻塞态中唤醒，于是程序就会轮询一遍所有的流（epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流），并且只依次顺序的处理就绪的流，这种做法就避免了大量的无用操作。
“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个线程。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）。
以上几点使Redis具有很高的吞吐量。
Redis工作流程
四、小结
Redis单进程单线程模型高性能得益于Redis的异步化组件，其处理策略是将主要的工作由主线程处理，非主要工作交于子进程和异步线程组处理；在一定程度上降低了主线程的压力，进而提高了吞吐量。
非核心逻辑异步化，提高主进程的处理效率。
五、参考
http://blog.jobbole.com/103012/
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