理解Redis线程模型

理解Redis线程模型

一、认识Redis 与 2024 年生态

1. Redis 是什么？

• 全称 Remote Dictionary Server，高性能 Key-Value 数据库，支持复杂数据类型（远超简单 K-V 存储）。

• 核心特点：数据存于内存（高性能）+ 持久化到硬盘（安全性），可作为缓存（Cache）、数据库（Database）、向量搜索（Vector Search）使用。

2. 2024 年 Redis 生态

• 产品体系：Redis Cloud（云服务）、Redis Enterprise（企业级收费版）、Redis Insight（官方图形化客户端）、Redis OSS（开源基础版）、Redis Stack（基于 OSS 的扩展技术栈，含高级功能）。

二、Redis 线程模型（核心）

1. 整体模型：客户端多线程（维护 Socket 连接），服务端核心单线程（处理指令）。

Redis的网络IO和键值对的读写都是由主线程负责的（单线程），而客户端连接、数据持久化（aof/rdb）等都是由单独的子线程异步执行

2. 版本差异

• Redis 4.x 及之前：纯单线程。

• Redis 5.x 及之后（6.x/7.x）：核心指令仍单线程，但耗时操作（如 RDB/AOF 持久化、unlink 异步删除、集群同步）由额外线程处理（例：FLUSHALL [ASYNC]支持异步）。

3. 单线程核心原因

• CPU 通常不是瓶颈（瓶颈为内存和网络）。

• 减少线程上下文切换开销，避免资源竞争，简化复杂度。

三、Redis 指令原子性保证机制

机制	特点与使用场景	注意事项
复合指令	单指令完成多操作（如MSET、SETNX、SETEX），天然原子性。	适用于简单批量操作。
事务（MULTI/EXEC）	批量指令排队，EXEC时一次性执行，中间不被其他指令插入。	- 不支持回滚：错误指令不影响其他指令执行；- WATCH机制：监听 key，若修改则事务取消；- DISCARD放弃事务。
Pipeline	客户端批量打包指令发送，减少网络往返时间（RTT），提升效率。	非原子性，可能被其他指令 “插队”；不建议打包过多指令（避免客户端阻塞和服务端内存占用过高）。
Lua 脚本	用 Lua 语言编写自定义逻辑，在服务端原子性执行（单线程特性保证）。	- 避免死循环 / 耗时操作（默认超时 5 秒，超时返回BUSY错误）；- 7.x 支持EVAL_RO执行只读脚本（可在备份节点运行，减轻主节点压力）；- 热点脚本可缓存到服务端。
Redis Function（7.x+）	预定义函数加载到服务端，可被客户端直接调用，支持函数嵌套复用（优于 Lua 脚本的不可复用）。	- 集群中需手动在各节点加载；- 不建议过多 / 过大函数（占用服务端缓存）。

1. Lua 脚本是企业级场景首选（支持复杂逻辑 + 原子性），其他机制按需选择。
2. https://wiki.luatos.com/index.html 这个网站可以学习lua，以及在线执行lua脚本验证语法

事务（MULTI/EXEC）

127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379(TX)> get k1
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> INCR k1
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> get k1
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> EXEC
1) "1"
2) (integer) 2
3) "2"

通过MULTI命令开启一个事务，指令进入排队中(此时命令还未执行)，直到EXEC一次性执行所以命令并结束事务，事务中的指令执行无法被插队。

通过watch可以监听指定的key，如果在事务开启期间key被其他客户端修改过，则取消事务的执行。

通过管道Pipe批量执行指令

事先在一个文本中定义好一系列的指令，批量执行

[root@192 ~]# cat cmd.txt | redis-cli -a 1234 --pipe
Warning: Using a password with '-a' or '-u' option on the command line interface may not be safe.
All data transferred. Waiting for the last reply...
Last reply received from server.
errors: 0, replies: 4

不具备原子性，只是批量执行减少网络IO

Lua脚本

lua语言最大的特点是他的线程模型是单线程的模式，通过执行lua脚本同样可以实现指令集的原子执行。

127.0.0.1:6379> help eval

  EVAL script numkeys [key [key ...]] [arg [arg ...]]
  summary: Executes a server-side Lua script.
  since: 2.6.0
  group: scripting

• script参数是⼀段Lua脚本程序。

• numkeys参数⽤于指定键名参数的个数。

• 键名参数 key [key ...] 表示在脚本中所⽤到的那些Redis键(key)。

• 那些不是键名参数的附加参数 arg [arg ...] ，可以在Lua中通过全局变量ARGV数组访问， 访问的形式和KEYS变量类似( ARGV[1] 、 ARGV[2]

，诸如此类)。

在lua脚本中，可以使⽤redis.call函数来调⽤Redis的命令

127.0.0.1:6379> eval "local initcount = redis.call('get', KEYS[1])
local a = tonumber(initcount) local b = tonumber(ARGV[1]) if a >= b
then redis.call('set', KEYS[1], a) return 1 end redis.call('set',KEYS[1], b) return 0 " 1 "stock_1" 10

Redis Function

Redis允许我们将一些功能封装为函数，并加载到内存中。这样在lua脚本中就方便很多。

如下定义一个脚本文件mylib.lua

#!lua name=mylib  //指定函数的命名空间
local function my_hset(keys, args)
    local hash = keys[1]
    local time = redis.call('TIME')[1]
    return redis.call('HSET',hash, '_last_modified_', time, unpack(args))
end
redis.register_function('my_hset', my_hset)

将这个函数加载到Redis中：cat mylib.lua | redis-cli -a 1234 -x FUNCTION LOAD REPLACE

四、Bigkey 问题

1. 定义：占用大量空间的 key（如含 200W 元素的 list、大字符串）。

2. 风险：单线程处理时易阻塞服务（耗时操作阻塞后续指令）。

3. 检测工具：客户端指令参数--bigkeys（找元素多的 key）、--memkeys（找占用内存大的 key）。

五、核心总结

1. Redis 以 “服务端核心单线程” 为基础，兼顾多线程处理非核心操作，平衡性能与复杂度。

2. 原子性机制需根据场景选择，Lua 脚本是复杂逻辑的首选。

3. 避免 Bigkey，防止单线程阻塞，影响整体性能。