目录

Redis网络模型

1、用户空间和内核空间

阻塞IO

非阻塞IO

2、IO多路复用

信号驱动IO

异步IO

Redis网络模型（面试）

3、Redis通信协议

RESP协议

Redis网络模型

1、用户空间和内核空间

为了避免用户应用导致冲突甚至内核崩溃，用户应用与内核是分离的：

• 进程的寻址空间会划分为两部分：内核空间、用户空间

• 用户空间智能执行受限的命令（Ring3），而且不能直接调用系统资源，必须通过内核提供的接口来访问

• 内核空间可以执行特权命令（Ring0），调用一切系统资源

Linux系统为了提供IO效率，会在用户空间和内核空间加入缓冲区:

• 写数据时，把用户缓冲数据拷贝到内核缓冲区，然后写入设备

• 读数据时，从设备读取数据到内核缓冲区，然后拷贝到用户缓冲区

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阻塞IO

阻塞IO就是两个阶段都必须阻塞等待：

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非阻塞IO

非阻塞IO的recvfrom操作会立即返回结果而不是阻塞用户进程

非阻塞IO模型中，用户进程在第一个阶段是非阻塞，第二个阶段是阻塞状态。虽然是非阻塞，但性能并没有得到提高。

相反可能导致CPU使用率暴增

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2、IO多路复用

文件描述符：简称FD，是一个从0开始递增的无符号整数，用来关联linux中的一个文件。在linux中，一切皆为文件。

IO多路复用：是利用单个线程来同时监听多个FD，并在某个FD可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待

监听FD的方式、通知的方式有多种实现，常见的有：

• select（linux最早的IO多路复用）

• poll

• epoll

差异：

1、select和poll只会通知用户进程有FD就绪，但不确定具体哪个FD，需要用户进程逐个遍历FD来确定

2、epoll则会在通知用户进程FD就绪的同时，把已就绪的FD写入用户空间

事件通知机制

当FD有数据可读时，我们调用epoll_wait就可以得到通知。

事件通知分为两种：

LevelTriggered: 简称LT。当FD有数据可读时，会重复通知多次，直至数据处理完成。是Epoll默认模式

EdgeTriggered:简称ET。当FD有数据可读时，只会被通知一次，不管数据是否处理完成

基于epoll模式的web服务基本流程图：

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信号驱动IO

信号驱动IO是与内核建立SIGIO的信号关联并设置回调，当内核有FD就绪时，会发出SIGIO信号通知用户，期间用户应用可以执行其他业务，无需阻塞等待

缺点：

1、当有大量IO操作时，信号较多，SIGIO处理函数不能及时处理可能导致信号队列溢出

2、内核空间与用户空间的频繁信息交互新能低

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异步IO

异步IO的整个过程都是非阻塞，用户进程调用完异步API后就可以做其他事情，内核等待数据就绪并拷贝到用户空间后才会递交信号，通知用户进程

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Redis网络模型（面试）

Redis到底是单线程还是多线程？

• 如果仅仅聊Redis的核心业务部分（命令处理），是单线程

• 如果是聊整个Redis，答应就是多线程

💖在Redis版本迭代过程中，在两个重要的时间节点上引入了多线程的支持：

Redis v4.0 ：引入多线程异步处理一些耗时较长的任务，例如异步删除命令unlink

Redis v6.0：在核心网络模型中引入多线程，进一步提高对于多核CPU的利用率

为什么Redis要选择单线程？

😎抛开持久化不谈，Redis是纯内存操作，执行速度非常快，它的性能瓶颈是网络延迟而不是执行速度，因此多线程并不会带来巨大性能提升

😁多线程会导致过多的上下文的切换，带来不必要的开销

❤️引入多线程会面临线程安全问题，必然要引入线程锁这样安全手段，实现复杂度增高，而且性能也会大打折扣

Redis单线程整个网络模型：

Redis6.0版本引入多线程，目的是为了提高IO读写效率。因此在解析客户端命令、写响应结果采用了多线程。

核心的命令执行、IO多路复用模块依然是由主线程执行

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3、Redis通信协议

RESP协议

Redis是一个CS架构软件，通信一般分为两步（不包括pipeline和PubSub）：

1、客户端（client）向服务端（server）发送一条命令

2、服务端解析并执行命令，返回响应结果给客户端

• 因此客户端发送命令的格式、服务端响应结果的格式必须有一个规范，这个规范就是通信协议

在Redis中采用的是RESP协议：

😀Redis 1.2版本引入RESP协议

😁Redis 2.0版本中成为与Redis服务端通信的标准，称为RESP2

😆Redis 6.0版本中，从RESP2升级到RESP3协议，增加了更多数据类型并且支持6.0的新特性——客户端缓存

RESP协议—数据类型：

在RESP协议中，通过首字节的字符来区分不同数据类型，常用的数据类型有5种：

类型	首字节	格式示例	说明
单行字符串	+	+OK\r\n	简单状态回复，如 "OK"
错误信息	-	-Error msg\r\n	错误回复，如 "-ERR unknown command"
整数	:	:100\r\n	数字回复，如 :1
多行字符串	$	$5\r\nhello\r\n	二进制安全的字符串$0\r\n\r\n 表示空串$-1\r\n 表示 null/不存在
数组	*	*2\r\n$5\r\nhello\r\n$5\r\nworld\r\n	多个元素的组合，用于命令和回复

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