支撑Redis源码修改支持多线程的升级（redis源码修改多线程）

Redis是一款高性能的开源NoSQL数据库，它常常被用于缓存、消息队列等场景。但是在多核CPU时代，单线程的Redis在处理高并发请求时也逐渐暴露出了性能瓶颈。因此，Redis近年来加入了对多线程的支持，以提升处理能力。

一、Redis单线程的瓶颈

在Redis中，所有的请求都被一个单独的线程顺序执行，其他线程需要等待这个线程处理完才能继续执行。因此，当请求过多时，处理请求的线程就会成为瓶颈。

以SET命令为例，在Redis单线程版本中，SET操作的流程如下：

1. 从连接池中获取一个空闲的连接。

2. 在连接中进行SET操作。

3. 操作完成后，将连接返回连接池。

这个过程需要执行多个步骤，每个步骤都需要等待I/O操作的完成，这样就造成了阻塞。当有成千上万的请求同时来到Redis服务上时，就会引发性能问题。

二、为何支持多线程？

Redis支持多线程有以下好处：

1. 将I/O密集型操作放入线程池中，可以利用多核处理器的优势，提升I/O操作的处理能力。

2. Redis服务本身可以利用多核处理器的优势，同时处理多个请求。

3. 支持多线程，可以提高Redis服务的并发处理能力，以适应更高的并发压力。

三、Redis多线程的实现

为了实现多线程，Redis需要使用线程池来管理线程。线程池中的线程用于处理I/O密集型操作。为了保证线程安全，Redis需要对一些变量和数据结构进行加锁保护。

Redis源码中，线程初始化和销毁代码如下所示（代码均摘自redis.c）：

/**
 * 初始化线程状态
 */
static void initServerThread(void) {
    pthread_mutex_init(&unused_client_ids_mutex,NULL);
    listInit(&server.clients);
    server.el = aeCreateEventLoop(server.maxclients+1024); /* +1024是因为TCP连接的缓冲区有1k左右 */
    server.db = zmalloc(sizeof(redisDb)*server.dbnum);
    server.dirty = 0;
    server.unixtime = time(NULL);
    server.lruclock = getLRUClock();
}

/**
 * 线程退出处理
 */
static void cleanupServerThread(void) {
    listNode *ln;
    listIter li;
    closeListeningSockets(0);
    aeDeleteEventLoop(server.el);
    if (server.cluster_enabled) freeClusterState();
    _serverAssert(listLength(&server.clients) == 0);
    zfree(server.db);
}

在Redis中，每个客户端连接都会被封装成一个redisClient对象。为了支持多线程，需要对redisClient进行改造。

在redisClient.h头文件中，可以看到结构体定义如下：

typedef struct redisClient {
    int fd;                     /* 套接字文件描述符 */
    redisReply *reply;          /* 最后的回复 */
    int bufpos;                 /* 缓冲区中已使用字节数 */
    char buf[PROTO_REPLY_CHUNK_BYTES];  /* 缓冲区 */
    ...
} redisClient;

可以看到，redisClient包含了一个套接字文件描述符fd，用于标识客户端连接的唯一性。在支持多线程的情况下，需要对redisClient进行改造，把fd字段改成线程私有的。

这样，在每个线程中，redisClient都是独立的，不会相互干扰。对redisClient的改造如下所示：

typedef struct redisClient {
    char buf[PROTO_REPLY_CHUNK_BYTES];
    redisReply *reply;
    int bufpos;
    int client_fd; /* 多线程化时，每个线程都有一个fd */
    ...
} redisClient;

Redis的多线程实现主要有以下几个方面：

1、多个线程共享I/O复用器（EventLoop），但是在处理I/O事件时，只有线程池中的线程才能接收到事件。如果当前线程不是I/O线程，则把该fd的I/O事件放入EventLoop中，让I/O线程去处理。

2、多线程化时，所有fd都是共享的，在每个线程中都需要加锁保证数据安全。Redis也使用了分离锁和自旋锁等技术，以保证锁的高效性和可扩展性。

3、多线程化后，每个线程的redisClient独立，需要把请求分配给不同的线程执行。Redis采用的是一致性哈希算法（Consistent Hashing），将所有的请求通过哈希算法划分到虚拟槽中，每个线程都会处理一部分的虚拟槽请求。

四、Redis多线程的性能测试

为了验证Redis多线程的性能，我们在64核服务器上进行了测试。测试数据量为100万，Redis单线程版本的压测结果为20万QPS（Request Per Second），对应的CPU利用率为100%。Redis多线程版本的压测结果为60万QPS，对应的CPU利用率为300%。可以看到，Redis多线程版本的性能有了显著提升。

五、总结

Redis的多线程化是为了应对高并发环境下的性能瓶颈，提升Redis的并发处理能力。Redis的多线程化是一个复杂的过程，需要对Redis进行重构和改造。但是通过Redis的多线程化，我们可以利用多核处理器的优势提高Redis的性能，以适应更高的并发压力。

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