【Redis技术专区】「原理分析」深入探索和分析Redis6.0为何需要启用多线程

背景介绍

在Redis 6.0版本中，引入了多线程技术，这是为了进一步提高Redis的性能和并发处理能力。通过启用多线程，Redis能够同时处理多个客户端请求，有效地利用多核处理器资源，提高系统的吞吐量和响应速度。

开启多线程可以在处理阻塞操作时提供更好的性能，例如慢查询、持久化操作等。此外，多线程还能够更好地应对高并发的情况，减少请求的排队等待时间，提高系统的响应能力。

开启多线程

Redis默认情况下不启用多线程。只有在CPU核心数达到4核以上时，才考虑开启多线程功能。主要是因为多核处理器能够更好地支持并发操作，开启多线程可以更有效地利用多核处理器的计算能力，提高Redis的性能和并发处理能力。而对于核心数较少的情况，开启多线程可能无法带来明显的性能改善，反而会增加线程调度和同步的开销。

多线程的CPU核心配置

因此，在决定是否开启多线程时，需要考虑CPU核心数等硬件配置，以及系统的性能需求。

• CPU为4核时，可以考虑开启2-3个IO线程。
• CPU为8核时，可以考虑开启6个IO线程。
• 超过8个IO线程时，性能的提升不会很明显。

IO多线程模式

单线程处理方式

Redis 的单线程模式是指 Redis 在处理客户端请求时使用单个线程。Redis的所有操作都是原子的，即每个操作要么完全执行，要么完全不执行。由于 Redis 使用单线程模式，并且遵循这种原子操作的特性，保证了数据的一致性和可靠性。

尽管Redis 在单线程模式下只能利用单个CPU核心，但由于Redis主要的瓶颈在于处理和执行速度，而不是CPU核心的数量，因此Redis单线程模式仍然能够在多核处理器上发挥良好的性能。

多线程处理方式

多线程被用于网络I/O处理，而不是数据操作。这意味着实际的命令执行仍然是单线程的，保持了Redis操作的原子性和简单性。多线程主要用于在接收到命令和发送响应时，进行网络数据的读取和写入。

为什么要开启多线程？

现代服务器通常配备多核CPU，而 Redis 默认情况下是单线程的，这可能导致无法充分利用多核CPU的优势。为了解决这个问题，Redis 引入了一些机制，以开启多线程来提高性能。在某些需要大量IO操作的情况下，比如大规模的磁盘IO或网络IO操作，Redis可能会采用多线程来处理这些IO密集型任务，以提高IO效率和吞吐量。

Redis可以在不同的CPU核心上并行处理网络请求和读写操作，从而充分利用多核CPU这句话的理解可以分为以下几个方面：

充分利用多核CPU

• 通过引入多线程，Redis 可以在不同的CPU核心上并行处理网络请求和读写操作，充分利用多核CPU的计算能力。这意味着多个请求可以同时在不同的线程上得到处理，从而提高了整体的吞吐量和响应速度。
• 引入多线程主要适用于一些后台任务和IO操作，比如持久化操作和复制操作。在这些任务中，Redis 可以充分利用多线程来并行执行IO操作，从而避免了这些操作对主线程的阻塞，提高了整体的性能和效率。

提高网络I/O效率

在单线程模型中，网络I/O操作（如读取和写入数据到客户端）可能成为瓶颈。通过多线程处理这些操作，Redis能更高效地处理大量的并发连接和数据传输。

现代服务器通常配备多核CPU，单线程的Redis无法充分利用多核的优势。引入多线程后，Redis可以在不同的核心上并行处理网络请求和读写操作，从而提高性能。

响应现代应用需求

随着现代应用对数据处理速度要求的提高，需要数据库能够快速响应更多并发请求。多线程使Redis更适合高并发、高吞吐量的应用场景。

多线程实现

Redis的源代码是用C语言编写的。下面是一个简化的例子，展示了如何在C语言中创建多线程。在这个例子中，我们使用pthread_create函数创建了一个新线程，然后在threadFunction函数中执行任务。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

void *threadFunction(void *arg) {
    printf("In thread\n");
    // 这里执行线程的任务，例如处理网络I/O
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread_id;
    printf("Before Thread\n");
    pthread_create(&thread_id, NULL, threadFunction, NULL);
    pthread_join(thread_id, NULL);
    printf("After Thread\n");
    return 0;
}

Redis 6.0通过引入多线程处理网络I/O，成功地解决了单线程模型在高并发环境下的性能瓶颈，同时保持了数据处理的原子性和一致性。但是我们在使用Redis这一新的性能时要注意配置文件的开启。

启用多线程

在Redis 6.0中，多线程配置是通过设置io-threads参数来实现的。默认情况下，Redis是单线程的，但是可以通过设置io-threads参数来启用多线程，要启用多线程，需要在Redis的配置文件中添加以下行：

io-threads 4

这将启用4个I/O线程。您可以根据需要调整线程数。请注意，线程数应该小于或等于CPU核心数。

最后总结

Redis 引入了多线程机制，但主要的数据处理和查询请求处理仍然是基于单线程的。这是由于Redis 的核心是内存操作，并且使用单线程模式可以避免并发访问带来的数据一致性问题，多线程主要用于充分利用多核CPU来处理后台任务和IO操作，提高整体系统的性能。

• 多核CPU的优势： 现代服务器通常配备多核的CPU，每个核心都能够独立执行指令。单线程的Redis在处理请求时只能利用其中一个核心，无法充分利用多核CPU的并行处理能力。
• 引入多线程的目的： 为了充分利用多核CPU的优势，Redis引入了多线程的机制。这样，Redis可以同时在不同的CPU核心上并行处理网络请求和读写操作，提高整体性能和吞吐量。
• 并行处理的优势： 多线程使得Redis能够同时执行多个任务，例如同时处理多个客户端的请求、并行进行读写操作等。这种并行性可以显著提高系统的响应速度和处理能力，特别是在高并发的情境下。
• 性能提升： 引入多线程后，Redis可以更有效地利用服务器的硬件资源，通过并行处理提高整体性能。这对于处理大量请求或执行IO密集型操作（如磁盘IO或网络IO）的场景尤为重要。

注意，虽然引入多线程可以提高Redis的性能，但在实际应用中，多线程也会引入一些并发控制和数据一致性的挑战。因此，Redis在设计上仍然保留了单线程模型的核心特性，主要的数据处理和请求响应仍然是基于单线程的。多线程主要用于支持一些后台任务和特定场景的优化，以平衡性能和稳定性的需求。