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。如今在各大互联网公司已经大面积取代了 memcached 的应用。它可以承载相当大的 QPS。在这里，我们通过对 Redis 的线程模型和并发模型对它的高性能进行分析。

Redis 线程模型

redis 内部使用文件事件处理器 file event handler，这个文件事件处理器是单线程的，所以 redis 才叫做单线程的模型。它采用 IO 多路复用机制同时监听多个 socket，根据 socket 上的事件来选择对应的事件处理器进行处理。

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
  • 事件处理器（连接应答处理器、命令请求处理器、命令回复处理器）

多个 socket 可能会并发产生不同的操作，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 产生的事件放入队列中排队，事件分派器每次从队列中取出一个事件，把该事件交给对应的事件处理器进行处理。

来看客户端与 redis 的一次通信过程：

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客户端 socket01 向 redis 的 server socket 请求建立连接，此时 server socket 会产生一个 AE_READABLE 事件，IO 多路复用程序监听到 server socket 产生的事件后，将该事件压入队列中。文件事件分派器从队列中获取该事件，交给连接应答处理器。连接应答处理器会创建一个能与客户端通信的 socket01，并将该 socket01 的 AE_READABLE 事件与命令请求处理器关联。

假设此时客户端发送了一个 set key value 请求，此时 redis 中的 socket01 会产生 AE_READABLE 事件，IO 多路复用程序将事件压入队列，此时事件分派器从队列中获取到该事件，由于前面 socket01 的 AE_READABLE 事件已经与命令请求处理器关联，因此事件分派器将事件交给命令请求处理器来处理。命令请求处理器读取 socket01 的 key value 并在自己内存中完成 key value 的设置。操作完成后，它会将 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器关联。

如果此时客户端准备好接收返回结果了，那么 redis 中的 socket01 会产生一个 AE_WRITABLE 事件，同样压入队列中，事件分派器找到相关联的命令回复处理器，由命令回复处理器对 socket01 输入本次操作的一个结果，比如 ok，之后解除 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器的关联。

这样便完成了一次通信。

几种 I/O 模型

为什么 Redis 要采用 I/O 多路复用技术？

Redis 是单线程的，所以所有的操作都是线性执行的，由于读写操作等待用户输入或输出都是阻塞的，所以 I/O 操作在一般情况下往往不能直接返回，这会导致某一文件的 IO 阻塞导致整个进程无法对其他客户提供服务，而 IO 多路复用就是为了解决这个问题。

回顾 IO 多路复用

多路复用的特点是通过一种机制一个进程能同时等待 IO 文件描述符，内核监视这些文件描述符（套接字描述符），其中的任意一个进入读就绪状态，select， poll，epoll 函数就可以返回。对于监视的方式，又可以分为 select， poll， epoll 三种方式。

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Reactor 设计模式

reactor 设计模式，是一种 基于事件驱动 的设计模式。Reactor 框架是 ACE 各个框架中最基础的一个框架，其他框架都或多或少地用到了 Reactor 框架。在事件驱动的应用中，将一个或多个客户的服务请求分离（demultiplex）和调度（dispatch）给应用程序。在事件驱动的应用中，同步地、有序地处理同时接收的多个服务请求。reactor 模式与外观模式有点像。不过，观察者模式与单个事件源关联，而反应器模式则与多个事件源关联 。当一个主体发生改变时，所有依属体都得到通知。

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Handles ：表示操作系统管理的资源，我们可以理解为 fd。

Synchronous Event Demultiplexer ：同步事件分离器，阻塞等待 Handles 中的事件发生。

Initiation Dispatcher ：初始分派器，作用为添加 Event handler（事件处理器）、删除 Event handler 以及分派事件给 Event handler。也就是说，Synchronous Event Demultiplexer 负责等待新事件发生，事件发生时通知 Initiation Dispatcher，然后 Initiation Dispatcher 调用 event handler 处理事件。

Event Handler ：事件处理器的接口

Concrete Event Handler ：事件处理器的实际实现，而且绑定了一个 Handle。因为在实际情况中，我们往往不止一种事件处理器，因此这里将事件处理器接口和实现分开，与 C++、Java 这些高级语言中的多态类似。

文件事件处理器使用 I/O 多路复用模块同时监听多个 FD，当 accept、read、write 和 close 文件事件产生时，文件事件处理器就会回调 FD 绑定的事件处理器。

虽然整个文件事件处理器在单线程上运行，但是通过 I/O 多路复用模块的引入，实现了同时对多个 FD 读写的监控，提高了网络通信模型的性能，同时也可以保证整个 Redis 服务的实现的简单。

I/O 多路复用模块