redis相关：IO多路复用

前言

用过redis的人，或者去面试的人被问redis的问题，基本都会了解redis特别快。
redis高校的原因：

• 1.单线程，减少了线程切换的消耗。
• 2.基于内存操作
• 3.IO多路复用

说起IO多路复用，可以先从IO模型开始了解。

BIO

BIO是一种同步阻塞的IO模型，由用户程序线程发起请求，完成数据的复制接收。

BIO 同步阻塞IO模型.png

NIO

NIO是一种同步非阻塞的I/O模型，也是I/O多路复用的基础，成为解决高并发与大量连接、I/O处理问题的有效方式。

NIO 同步非阻塞IO模型.png

IO多路复用

IO多路复用模型，就是通过一种新的系统调用，一个进程可以监视多个文件描述符，一旦某个描述符就绪（一般是内核缓冲区可读/可写），内核kernel能够通知程序进行相应的IO系统调用。
目前支持IO多路复用的系统调用，有 select，epoll等等。select系统调用，是目前几乎在所有的操作系统上都有支持，具有良好跨平台特性。epoll是在linux 2.6内核中提出的，是select系统调用的linux增强版本。

IO多路复用IO模型.png

异步IO模型 AIO

在内核kernel的等待数据和复制数据的两个阶段，用户线程都不是block(阻塞)的。用户线程需要接受kernel的IO操作完成的事件，或者说注册IO操作完成的回调函数，到操作系统的内核。所以说，异步IO有的时候，也叫做信号驱动 IO 。

异步IO模型.png

多种IO模型区别

在以上多种IO模型中，各个模型有自己的特点，也有各自的优缺点。

BIO的优缺点

优点：

• 1.BIO模型程序简单，用户线程基本不会占用CPU资源，无需线程切换。
• 2.在并发量小的情况下适用，不必用其他复杂的IO模型来解决问题。

缺点：

• 1.每个连接配套一条独立的线程，在高并发的情况下，对内存、线程切换开销非常巨大。

综上，在简单的低并发的场景下，为了降低程序的复杂度，可以使用BIO，在高并发的场景下，不建议使用。

NIO的优缺点

优点：

• 线程非阻塞，实时性好。

缺点：

• 轮询的行为，毫无疑问的讲占用大量的CPU时间，系统资源利用率也会下降。

综上，可以看出，虽然具有非阻塞的特点，但是在高并发的场景下，也存在着巨大的消耗问题。单纯的使用NIO，并不建议使用。

异步IO模型

优点：

• 线程非阻塞

缺点：

• 需要用户程序或者内核空间做一系列事情来完成上述功能。
• 提出时间较短，并没有非常完善的解决方案。

综上，虽然从模型上看，异步IO模型在各方面综合比较来说，的确有非常大的优势，但是还在完善阶段，未来肯定会有更好的发挥作用，但是在现在的场景下，使用的还是相对较少。

IO多路复用

优点：

• 1.通过select/epoll优势，一个线程可以处理更多的连接，提高了性能，提高了能力。

缺点：

• 1. select/epoll的系统调用，其实也是BIO，也是阻塞的，而且也是通过轮询的方式。

综上所述，IO多路复用其实也是有阻塞的，只不过相对于一个线程维护一个连接，大大提高了性能，减少了系统的开销。
IO多路复用也是大多数框架使用的IO模型。

redis中IO多路复用

redis服务器中有两类事件：

• 文件事件：redis主进程中进行处理，主要处理客户端的连接请求和响应
• 时间事件：fork出的子进程中进行处理，服务器定期或者周期性执行的事件，例如，rdb、aof等

文件事件是对套接字操作的抽象，每当一个套接字准备好执行连接应答、写入、读取、关闭等操作时，就会产生一个文件事件。
包括可读事件、可写事件。
针对套接字、文件事件、文件描述符等概念后续计划出一篇文章进行讲解。

redis调用过程.png