《【面试突击】— Redis篇》-- Redis的线程模型了解吗？为啥单线程效率还这么高？

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《【面试突击】— Redis篇》-- Redis的线程模型了解吗？为啥单线程效率还这么高？

在这个系列里，我会整理一些面试题与大家分享，帮助年后和我一样想要在金三银四准备跳槽的同学。

我们一起巩固、突击面试官常问的一些面试题，加油！！

1、面试题

Redis和Memcached有什么区别？
Redis的线程模型是什么？
为什么Redis是单线程的但是还可以支撑高并发？

2、面试官心理分析

问这个的时候就是问你Redis的原理了，看你是不是思考过，研究过。Redis最基本的一个内部原理和特点，就是Redis实际上是个单线程工作模型。你要是连这个都不知道，那后面在使用Redis的时候，如果出了问题岂不是什么都不知道，无从下手？

还有可能面试官会问问你Redis和Memcached的区别。不过说实话，近几年，面试官都不太喜欢这么问了。因为memcached是早些年各大互联网公司常用的缓存方案，但是现在近几年基本都是Redis，没什么公司用memcached了。

3、温馨提醒

如果你要是现在还不知道redis和memcached是啥，那你赶紧百度一下redis入门和memcahced入门，找两篇博客教程什么的简单启动一下，然后试一下几个简单操作，先感受一下，跟这个博客跟着教程做个demo程序，1小时以内就搞定了，就能初步了解和入门了。然后接着回来继续看。

另外一个友情提示，要弄明白redis的线程模型的话，前提是你需要了解socket网络相关的基本知识。如果你socket都不了解的话那我觉得你java没学好吧。初学者都该学习java的socket网络通信相关知识的。

4、面试题剖析

（1）redis和memcached有啥区别

这个问题，其实可以比较出很多区别，但是这里还是采取redis作者给出的几个来进行比较吧，毕竟面试不是背博客，不是说的越多越好，你只要答出来关键的那几点其实就可以了。但是并不是说除了这里列出来的几个你就不需要知道别的了，你可以说：要说二者的区别其实还挺多的，这里我就挑几个最典型的说吧。

1）Redis支持服务器端的数据操作：Redis相比Memcached来说，拥有更多的数据结构和并支持更丰富的数据操作，通常在Memcached里，你需要将数据拿到客户端来进行类似的修改再set回去。这大大增加了网络IO的次数和数据体积。在Redis中，这些复杂的操作通常和一般的GET/SET一样高效。所以，如果需要缓存能够支持更复杂的结构和操作，那么Redis会是不错的选择。

2）内存使用效率对比：使用简单的key-value存储的话，Memcached的内存利用率更高，而如果Redis采用hash结构来做key-value存储，由于其组合式的压缩，其内存利用率会高于Memcached。

3）性能对比：由于Redis只使用单核，而Memcached可以使用多核，所以平均每一个核上Redis在存储小数据时比Memcached性能更高。而在100k以上的数据中，Memcached性能要高于Redis，虽然Redis最近也在存储大数据的性能上进行优化，但是比起Memcached，还是稍有逊色。

4）集群模式：memcached没有原生的集群模式，需要依靠客户端来实现往集群中分片写入数据；但是redis目前是原生支持cluster模式的，redis官方就是支持redis cluster集群模式的，比memcached来说要更好。

其实第2、3个说不说都可以，关键是1和4。

（2）redis的线程模型

问这个原理性的问题，其实你可以结合着图来给面试官讲这个问题，边画图边讲最有说服力，面试官在心里会给你默默地竖起大拇指。

1）文件事件处理器

Redis基于Reactor模式开发了网络事件处理器，这个处理器叫做文件事件处理器 file event handler。这个文件事件处理器，它是单线程的，所以 Redis 才叫做单线程的模型，它采用IO多路复用机制来同时监听多个Socket，根据Socket上的事件类型来选择对应的事件处理器来处理这个事件。

如果被监听的 Socket 准备好执行accept、read、write、close等操作的时候，跟操作对应的文件事件就会产生，这个时候文件事件处理器就会调用之前关联好的事件处理器来处理这个事件。
文件事件处理器是单线程模式运行的，但是通过IO多路复用机制监听多个Socket，可以实现高性能的网络通信模型，又可以跟内部其他单线程的模块进行对接，保证了 Redis 内部的线程模型的简单性。

文件事件处理器的结构包含4个部分：多个Socket、IO多路复用程序、文件事件分派器以及事件处理器（命令请求处理器、命令回复处理器、连接应答处理器等）。

多个 Socket 可能并发的产生不同的操作，每个操作对应不同的文件事件，但是IO多路复用程序会监听多个 Socket，会将 Socket 放入一个队列中排队，每次从队列中取出一个 Socket 给事件分派器，事件分派器把 Socket 给对应的事件处理器。

然后一个 Socket 的事件处理完之后，IO多路复用程序才会将队列中的下一个 Socket 给事件分派器。文件事件分派器会根据每个 Socket 当前产生的事件，来选择对应的事件处理器来处理。

2）文件事件

当 Socket 变得可读时（比如客户端对redis执行write操作，或者close操作），或者有新的可以应答的 Sccket 出现时（客户端对redis执行connect操作），Socket就会产生一个AE_READABLE事件。
当 Socket 变得可写的时候（客户端对redis执行read操作），Socket 会产生一个AE_WRITABLE事件。

IO 多路复用程序可以同时监听 AE_REABLE 和 AE_WRITABLE 两种事件，如果一个Socket同时产生了这两种事件，那么文件事件分派器优先处理 AE_READABLE 事件，然后才是 AE_WRITABLE 事件。

3）文件事件处理器

如果是客户端要连接redis，那么会为 Socket 关联连接应答处理器。
如果是客户端要写数据到redis，那么会为 Socket 关联命令请求处理器。
如果是客户端要从redis读数据，那么会为 Socket 关联命令回复处理器。

4）客户端与redis通信的一次流程

在 Redis 启动初始化的时候，Redis 会将连接应答处理器跟 AE_READABLE 事件关联起来，接着如果一个客户端跟Redis发起连接，此时会产生一个 AE_READABLE 事件，然后由连接应答处理器来处理跟客户端建立连接，创建客户端对应的 Socket，同时将这个 Socket 的 AE_READABLE 事件跟命令请求处理器关联起来。

当客户端向Redis发起请求的时候（不管是读请求还是写请求，都一样），首先就会在 Socket 产生一个 AE_READABLE 事件，然后由对应的命令请求处理器来处理。这个命令请求处理器就会从Socket中读取请求相关数据，然后进行执行和处理。

接着Redis这边准备好了给客户端的响应数据之后，就会将Socket的AE_WRITABLE事件跟命令回复处理器关联起来，当客户端这边准备好读取响应数据时，就会在 Socket 上产生一个 AE_WRITABLE 事件，会由对应的命令回复处理器来处理，就是将准备好的响应数据写入 Socket，供客户端来读取。

命令回复处理器写完之后，就会删除这个 Socket 的 AE_WRITABLE 事件和命令回复处理器的关联关系。

（3）为啥Redis单线程模型也能效率这么高？

1）纯内存操作

Redis 将所有数据放在内存中，内存的响应时长大约为 100 纳秒，这是 redis 的 QPS 过万的重要基础。

2）核心是基于非阻塞的IO多路复用机制

有了非阻塞 IO 意味着线程在读写 IO 时可以不必再阻塞了，读写可以瞬间完成然后线程可以继续干别的事了。

redis 需要处理多个 IO 请求，同时把每个请求的结果返回给客户端。由于 redis 是单线程模型，同一时间只能处理一个 IO 事件，于是 redis 需要在合适的时间暂停对某个 IO 事件的处理，转而去处理另一个 IO 事件，这就需要用到IO多路复用技术了， 就好比一个管理者，能够管理个socket的IO事件，当选择了哪个socket，就处理哪个socket上的 IO 事件，其他 IO 事件就暂停处理了。

3）单线程反而避免了多线程的频繁上下文切换带来的性能问题。（百度多线程上下文切换）

• 第一，单线程可以简化数据结构和算法的实现。并发数据结构实现不但困难而且开发测试比较麻

• 第二，单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗，对于服务端开发来说，锁和线程切换通常是性能杀手。

• 单线程的问题：对于每个命令的执行时间是有要求的。如果某个命令执行过长，会造成其他命令的阻塞，所以 redis 适用于那些需要快速执行的场景。

本系列文章在于面试突击，不是教程，要是细挖，Redis线程模型能讲好多，而面试你只需要把这个原理说出来就行了。

该系列文章在于快速突击，快速拾遗，温习。