面試官：為什么單線程的Redis可以實(shí)現(xiàn)高并發(fā)訪問(wèn)

背景

上回說(shuō)到小楓在接受面試官的拷打，所幸第一個(gè)問(wèn)題回答的還不錯(cuò)，因此面試官對(duì)于小楓的初步印象還行。我們接著來(lái)看看小楓是怎么和面試官繼續(xù)過(guò)招的吧，他還能扛得住面試官幾個(gè)連環(huán)炮呢？

面試官考察目的分析

面試官：Redis了解嗎？說(shuō)說(shuō)為什么單線程的Redis可以支持高并發(fā)訪問(wèn)？
面試官考察目的分析：
1、考察候選同學(xué)對(duì)于Redis原理的理解程度；
2、考察候選同學(xué)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)連接的理解程度；

面試題分析

面試官的問(wèn)題中包含了兩個(gè)關(guān)鍵詞，一個(gè)是單線程一個(gè)是高并發(fā)訪問(wèn)，因此我們?cè)诨卮饐?wèn)題的時(shí)候主要從兩個(gè)方面出發(fā)，先解釋清楚為什么Redis選擇單線程的實(shí)現(xiàn)方式，再解釋清楚為什么Redis能支持高并發(fā)訪問(wèn)。

小楓：（內(nèi)心OS：根據(jù)面試官的問(wèn)題，決定從兩方面來(lái)進(jìn)行闡述，先整理下回答思路）

從Redis自身特性來(lái)說(shuō)，Redis是基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫(kù)，所以數(shù)據(jù)處理速度非?？臁Ａ硗馑牡讓邮褂昧撕芏嘈屎芨叩臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如哈希表和跳表等。另外Redis從狹義上面來(lái)說(shuō)他是單線程的，網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求解析與數(shù)據(jù)讀寫都是由主線程完成。因此它內(nèi)部就省去了很多多線程訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)資源的繁瑣設(shè)計(jì)，同時(shí)也避免了頻繁的線程上下文切換因此減少了多線程的系統(tǒng)開(kāi)銷。

從IO模型角度來(lái)說(shuō)，Redis使用的是IO多路復(fù)用模型，使得它可以在網(wǎng)絡(luò)IO操作并發(fā)處理數(shù)十萬(wàn)的客戶端網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)非常高的網(wǎng)絡(luò)吞吐率。這也是Redis可以實(shí)現(xiàn)高并發(fā)訪問(wèn)的最主要的原因。

面試官：剛才你提到了IO多路復(fù)用模型，能詳細(xì)說(shuō)下Redis的IO多路復(fù)用的原理嗎？

小楓：（內(nèi)心OS：當(dāng)時(shí)為了搞清楚這個(gè)問(wèn)題，還特意扒了Redis源碼來(lái)看，對(duì)于一個(gè)Java程序猿來(lái)說(shuō)，看c真的頭暈?。?/span>

好的。首先要明確的是Redis依賴Linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的高性能IO，剛剛提到的多路復(fù)用IO模型實(shí)際也是傳統(tǒng)阻塞型IO模型演化而來(lái)的。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)IO操作中，accept() 和 recv()函數(shù)都是阻塞型的，一旦發(fā)生阻塞，影響其他網(wǎng)絡(luò)連接。但是在多路復(fù)用IO模型中，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)存在多個(gè)socket，內(nèi)核監(jiān)聽(tīng)socket中的是否有數(shù)據(jù)請(qǐng)求或者連接請(qǐng)求，如果有請(qǐng)求，那么內(nèi)核就會(huì)交給Redis進(jìn)行處理，因此Redis的主線程，也就是單線程的Redis可以處理多個(gè)IO連接。

整個(gè)過(guò)程涉及到epoll_create、epoll_ctl以及epoll_wait三個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，具體的過(guò)程大致是這樣的：

1、當(dāng)Redis啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)調(diào)用內(nèi)核的epoll_create創(chuàng)建epoll對(duì)象，在這個(gè)過(guò)程中包含初始化紅黑樹(shù)cache以及雙向鏈表，紅黑樹(shù)中主要存儲(chǔ)了需要進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控的FD，實(shí)際就是epitem結(jié)構(gòu)體，雙向鏈表中存儲(chǔ)了需要返回給用戶已經(jīng)處于就緒狀態(tài)的事件。

2、調(diào)用epoll_ctl()，通過(guò)epoll_ctl注冊(cè)要監(jiān)聽(tīng)的事件類型，將客戶端FD以及需要監(jiān)聽(tīng)的事件添加到紅黑樹(shù)cache中，添加時(shí)進(jìn)行檢查，如果已存在則返回，如果不存在則添加到節(jié)點(diǎn)當(dāng)中，同時(shí)注冊(cè)相應(yīng)的事件回調(diào)函數(shù)，如果存在連接事件或者讀寫事件，那么就會(huì)通過(guò)回調(diào)函數(shù)將就緒的事件加入到雙向鏈表中，實(shí)際就是紅黑樹(shù)的節(jié)點(diǎn)。

3、Redis調(diào)用epoll_wait獲取已經(jīng)就緒的事件的fired數(shù)組，fire數(shù)組的事件中存儲(chǔ)了就緒的FD以及事件類型，遍歷數(shù)組中的事件，根據(jù)事件類型處理函數(shù)繼續(xù)后續(xù)的處理。如果是讀事件那就調(diào)用讀事件處理函數(shù)進(jìn)行處理。對(duì)于Redis來(lái)說(shuō)它只要關(guān)注鏈表中有沒(méi)有數(shù)據(jù)就好，有數(shù)據(jù)就會(huì)進(jìn)行讀取，沒(méi)有數(shù)據(jù)則阻塞超過(guò)timeout之后再進(jìn)行調(diào)用。在大多數(shù)情況下，返回的數(shù)組中包含的事件并不多。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，Redis不需要一直輪訓(xùn)檢查到底有沒(méi)有實(shí)際的請(qǐng)求發(fā)生，避免了CPU資源的浪費(fèi)。因此及時(shí)是單線程的Redis，借助于epoll機(jī)制，它也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十萬(wàn)連接的并發(fā)處理。

面試官：（內(nèi)心OS：小伙子回答的不錯(cuò)，看來(lái)常見(jiàn)的面試題難不倒你啊，那么我就來(lái)問(wèn)問(wèn)陷阱題吧，嘿嘿）

有道無(wú)術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無(wú)道，止于術(shù)

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