中间件专栏之Redis篇——Redis的基本IO网络模型

Redis主要采用的是单线程的事件驱动模型，通过I/O多路复用来实现高效的并发请求处理。

Redis 采用 单线程模型 来处理所有请求，包括网络 I/O 和命令执行。虽然现代多核 CPU 能够并行处理任务，但 Redis 的设计原则是尽量避免多线程同步带来的性能开销。通过将所有请求在一个线程中顺序执行，避免了上下文切换和锁竞争，从而提高了性能。

在这个模型中，所有的网络 I/O 操作（例如，接收请求和发送响应）都由 单个线程 处理。

Redis 使用事件驱动机制来管理所有的 I/O 操作。它通过一个 事件循环（Event Loop） 来不断检查和处理不同的 I/O 事件。

Redis 的事件驱动模型大致分为以下几步：

事件注册：Redis 启动时，会将所有的客户端连接注册到事件循环中。
事件处理：事件循环持续地检查哪些连接有可读、可写事件，然后相应地进行处理。比如：
- 可读事件：处理客户端请求，接收数据并解析。
- 可写事件：将执行结果发送回客户端。
事件回调：事件触发时，Redis 会执行相应的回调函数来处理请求。

Redis 使用 I/O 多路复用（I/O Multiplexing） 来同时处理多个客户端连接的网络 I/O 操作。I/O 多路复用技术通过一个或多个线程监听多个输入输出流（比如 socket），并能够在单个线程中有效地处理大量并发连接。

Redis 支持多种 I/O 多路复用技术，常见的有：

Redis 会根据运行的操作系统选择合适的 I/O 多路复用技术（例如在 Linux 系统中使用 epoll），并使用这些技术来监听和管理客户端连接。

注意，此处的I/O多线程与第三节的I/O多路复用不是一个概念，虽然他们的名字十分类似，但是核心原理是不同的，本质上就是两回事。

Redis使用单线程的设计，是为了避免多线程并发操作带来的复杂性，例如数据的一致性和锁的问题。大多数Redis的操作本身（如GET/SET）都是非常快速的，因此单线程可以处理大部分的负载。

然而，单线程设计也带来了一些局限性。最明显的瓶颈是网络I/O操作。Redis的响应通常很快，但如果有大量的客户端请求，尤其是当网络带宽比较高时，单线程的网络IO会成为性能瓶颈。此时，Redis的网络请求和响应的处理就需要优化。

在Redis 6版本中，Redis引入了IO多线程功能，旨在优化Redis在高并发情况下的网络处理能力。具体来说，IO多线程仅对网络IO进行优化，并不会涉及到Redis数据处理的核心部分。Redis仍然是单线程来执行核心命令的。

主线程和IO线程分离：Redis的单线程模式下，主线程处理命令请求，而IO多线程将网络数据的读写任务分配给多个工作线程。
网络I/O操作由多个线程处理：当客户端发送请求时，Redis会使用多个线程并行处理网络数据的接收和发送。这样一来，主线程就可以更加专注于执行Redis命令的核心逻辑（如存取键值数据），而不会被IO操作阻塞。
主线程负责命令执行：虽然使用了多线程来处理网络请求的读取和写入，但Redis的核心命令（如GET、SET、哈希操作等）仍然由单一的主线程执行。网络请求的接收和发送仅仅由IO线程进行，目的是减少网络通信的延迟和阻塞。

不影响核心操作：IO多线程只优化了网络I/O部分，对于Redis内部的核心操作（如键值存取、数据处理）仍然是单线程的，因此在大量命令处理的情况下，这种方式的提升是有限的。
增加复杂度：启用多线程后，Redis的内部结构变得稍微复杂。虽然多线程只涉及IO，但仍然需要一些额外的资源和管理机制。
额外的内存开销：多线程会导致额外的内存消耗，因为每个线程需要一些独立的资源（如线程栈、线程管理等）。