Redis NIO多路复用

🍥 一句话总结（真正的核心）

Redis 用 epoll 的 I/O 多路复用机制，让单线程也能同时处理成千上万连接，而不用为每个连接创建线程。

换句话说：

• 不阻塞
• 不多线程
• 不并发锁
• 极高并发能力

这是 Redis 快的核心基础之一。

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🧵 Redis 为什么能用单线程支撑高并发？

因为：

Redis 不是为每个连接创建线程，而是使用 epoll 监听多个连接的读写事件。
只要某个连接“准备好了”，Redis 才处理它。

这就叫 I/O 多路复用模型。

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🟦 1. 什么是 I/O 多路复用？

关键字：One Thread + Many Connections + epoll 事件触发

示意图（你脑子里一定得有这个）：

           ┌─────────────┐
           │   Redis     │   单线程
           └──────┬──────┘
                  │
              epoll_wait
                  │
 ┌───────────────┴─────────────────┐
 │             │            │      │
conn1  (读就绪) conn2 (读就绪) conn3 … connN

Redis 的事件循环主要做两件事：

1. epoll 等待 socket 事件（不会阻塞 CPU）
2. 哪个连接就绪，就处理哪个连接（执行命令）

没有就绪事件时 Redis 是 idle，不浪费 CPU。

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🟩 2. Redis 的事件驱动模型（Event Loop）

Redis 内部有一个 "AE"（Abstract Event）事件框架：

    while(true):
        处理定时任务
        处理网络 I/O （epoll）
        执行客户端命令

两类事件：

• 文件事件（File Events）：网络连接相关，靠 epoll
• 时间事件（Time Events）：定时任务（过期 key 检查、AOF 刷盘、Cluster 心跳）

你可以理解为：

Redis = 一个加强版 Nginx + 数据结构存储引擎

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🟥 3. 多路复用的核心：epoll

Redis 使用 Linux 的 epoll：

• 使用 epoll_create 创建实例
• 所有客户端 socket 注册到 epoll
• 使用 epoll_wait 阻塞等待事件发生
• 某个 socket 有读写时 → 回调对应的处理函数

简单流程：

客户端发送命令
↓
socket 缓冲区变为可读
↓
epoll_wait 返回事件
↓
Redis 单线程读取数据 + 执行命令
↓
写回结果

整个过程中：

❌ 没有一个连接对应一个线程
✔ 所有连接共享一个事件循环

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🟧 4. 为什么 epoll 如此关键？

看看没有 epoll 的老旧模型：

（1）每连接一个线程？

• 成百上千线程上下文切换
• CPU 被抢占
  ❌ Redis 不干

（2）select/poll？

• 每次都要把所有 FD 扫一遍
• O(n) 遍历
  ❌ 高并发下效率崩溃

（3）epoll 的优势：

• O(1) 级监听事件
• 支持海量连接
• 基于回调
• 事件驱动，很轻量

这是 Redis 能在单线程达到 10+ 万 QPS 的基础。

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🟨 5. 多路复用 + 单线程 = 无锁 + 极高效率

Redis 只有一个线程执行命令，所以：

• 无加锁
• 无竞争
• 无线程切换
• 无内存同步开销

几乎所有 CPU 被用于执行命令，而不是处理线程调度。

这就是 Redis 的 “极简哲学”：

复杂性交给操作系统（epoll），Redis 专心执行逻辑。

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🟫 6. 多路复用执行一次命令的完整流程（图）

            ┌──────────────────────────┐
            │        EventLoop         │
            └────────────┬─────────────┘
                         │
                    epoll_wait
                         │
          ┌──────────────┼────────────────┐
          │              │                │
   conn1 ready      conn2 ready      …   connN ready
          │
   读取命令（read）
          │
   解析命令（parse）
          │
   执行命令（execute）
          │
   写回结果（write）

所有 I/O 都是非阻塞的。

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🧠 7. 面试高级回答（别人都不会的版本）

Redis 使用 epoll 作为 NIO 多路复用器，对所有客户端 socket 注册读写事件，通过单线程事件循环处理所有就绪事件，不需要额外的线程池，也没有锁竞争。事件驱动模型让 Redis 单线程也能轻松支撑十万级连接，这是 Redis 高性能的重要基础。

这句话你背一下，绝杀。

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🧩 8. 总结一句话（记住）

Redis 的单线程之所以快，就是因为 epoll + 非阻塞 I/O + 事件驱动，让它能轻松处理海量连接，而无需开多线程、也没有锁开销。