从IO操作与多线程的思考到Redis-6.0
IO操作->线程阻塞->释放CPU资源->多线程技术提升CPU利用率
在没有涉及磁盘操作和网络请求的程序中,通常不会出现线程等待状态。线程等待状态通常是由于线程需要等待某些事件的发生,比如I/O操作完成、网络请求返回等。如果程序只是进行计算或者简单的逻辑处理,并且没有明显的阻塞点,那么线程通常会一直运行而不会被挂起等待。
然而,即使是在纯计算的程序中,也可能出现线程等待状态。例如,当一个线程尝试获取一个已经被其他线程获取的锁时,它会进入等待状态,直到锁可用为止。另外,有些程序可能会使用线程间的通信机制(比如 wait/notify 或者 CountDownLatch),这些机制也可能导致线程进入等待状态。
总的来说,在没有涉及磁盘和网络操作的程序中,线程等待状态的出现取决于程序本身的设计和实现,以及是否涉及到需要线程等待的场景。
从多线程到Redis
综上,如果在一台没用多线程技术的单核CPU上执行一个程序,程序没有IO操作,那么使用多线程进行程序处理其实收益就不大了。此时使用多线程技术,还需考虑资源并发安全、线程调度切换开销,会比使用单线程处理程序更慢。比如,两个逻辑每个都需要cpu执行1000ms,如果使用2个线程并行处理,那么两个逻辑都执行完毕的总时长可能大于2000ms。
从上述现象上看,也能理解为何Redis6.0之前主流逻辑都采用单线程,也明白了为何6.0以后,在网络数据处理上使用了多线程模型。
6.0 关于线程数的设置,官方的建议是如果为 4 核的 CPU,建议线程数设置为 2 或 3,如果为 8 核 CPU 建议线程数设置为 6,线程数一定要小于机器核数,线程数并不是越大越好。
虽然 Redis 的主要工作(网络 I/O 和执行命令)一直是单线程模型,但是在 Redis 6.0 版本之后,也采用了多个 I/O 线程来处理网络请求,这是因为随着网络硬件的性能提升,Redis 的性能瓶颈有时会出现在网络 I/O 的处理上(网络通道性能提升了,但是碍于之前的单线程串行读写太少)。所以为了提高网络请求处理的并行度,Redis 6.0 对于网络请求采用多线程来处理。但是对于命令执行,Redis 仍然使用单线程来处理。
- Redis-server :Redis的主线程,主要负责执行命令;
- bio_close_file、bio_aof_fsync、bio_lazy_free:三个后台线程,分别异步处理关闭文件任务、AOF刷盘任务、释放内存任务;
- io_thd_1、io_thd_2、io_thd_3:三个 I/O 线程,io-threads 默认是 4 ,所以会启动 3(4-1)个 I/O 多线程,用来分担 Redis 网络 I/O 的压力。

如上图,IO线程池的使用是让图中0.005s跟0.01s耗时的操作不再串行,而是提升cpu资源利用率提升redis的整体访问并发性能。因为网络硬件传输性能的提升,可以支持Redis进行并发网络IO操作了。如下图:

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