我们通常说，Redis 是单线程，主要是指 Redis 的网络 IO 和键值对读写是由一个线程来完成的，这也是 Redis 对外提供键值存储服务的主要流程。但 Redis 的其他功能，比如持久化、异步删除、集群数据同步等，其实是由额外的线程执行的。

那 Redis 为什么要采用单线程呢？因为在多线程环境下，如果没有良好的系统设计，系统的吞吐率也并不会增加多少。关键的瓶颈在于，系统中通常会存在被多线程同时访问的共享资源，比如一个共享的数据结构。当有多个线程要修改这个共享资源时，为了保证共享资源的正确性，就需要有额外的机制进行保证，而这个额外的机制就会带来额外的开销。

并发访问控制一直是多线程开发中的一个难点问题，如果没有精细的设计，只是简单采用一个粗粒度互斥锁，就会出现不理想的结果：即使增加了线程，大部分线程也在等待获取访问共享资源的互斥锁，并行变串行，系统吞吐率并没有随着线程的增加而增加。而且，采用多线程开发一般会引入同步原语来保护共享资源的并发访问，这也会降低系统代码的易调试性和可维护性。为了避免这些问题，Redis 直接采用了单线程模式。

通常单线程的处理能力要比多线程差很多，但 Redis 却能使用单线程模型达到每秒数十万级别的处理能力，这是为什么呢？其实，这是 Redis 多方面设计选择的一个综合结果。一方面，Redis 的大部分操作在内存上完成，并且它采用了高效的数据结构，例如哈希表和跳表。另一方面 Redis 采用了多路复用机制，使其在网络 IO 操作中能并发处理大量的客户端请求，实现高吞吐率。

基于多路复用的高性能 I/O 模型

Linux 中的 I/O 多路复用机制是指一个线程处理多个 I/O 流，就是我们经常听到的 select/epoll 机制。简单来说，在 Redis 只运行单线程的情况下，该机制允许内核中，同时存在多个监听套接字和已连接套接字。内核会一直监听这些套接字上的连接请求或数据请求。一旦有请求到达，就会交给 Redis 线程处理，这就实现了一个 Redis 线程处理多个 I/O 流的效果。

下图就是基于多路复用的 Redis I/O 模型。图中的多个 FD 就是刚才所说的多个套接字。Redis 网络框架调用 epoll 机制，让内核监听这些套接字。此时，Redis 线程不会阻塞在某一个特定的监听或已连接套接字上，也就是说，不会阻塞在某一个特定的客户端请求处理上。正因为此，Redis 可以同时和多个客户端连接并处理请求，从而提升并发性。

为了在请求到达时能通知到 Redis 线程，select/epoll 提供了基于事件的回调机制，即针对不同事件的发生，调用相应的处理函数。那回调机制是怎么工作的呢？其实，select/epoll 一旦监测到 FD 上有请求到达时，就会触发相应的事件。

这些事件会被放进一个事件队列，Redis 单线程对该事件队列不断进行处理。这样一来，Redis 无需一直轮询是否有请求实际发生，这就可以避免造成 CPU 资源浪费。同时，Redis 在对事件队列中的事件进行处理时，会调用相应的处理函数，这就实现了基于事件的回调。因为 Redis 一直在对事件队列进行处理，所以能及时响应客户端请求，提升 Redis 的响应性能。

不过，需要注意的是，即使你的应用场景中部署了不同的操作系统，多路复用机制也是适用的。因为这个机制的实现有很多种，既有基于 Linux 系统下的 select 和 epoll 实现，也有基于 FreeBSD 的 kqueue 实现，以及基于 Solaris 的 evport 实现，这样可以根据 Redis 实际运行的操作系统，选择相应的多路复用实现。

Redis 6.0 多线程模型

Redis 官方在 2020 年 5 月份正式推出了 6.0 版本，在这个版本中增加了面向网络处理的多 IO 线程模型，可以提高网络请求处理的并行度。在此之前的 Redis 可以被称为单线程架构，虽然有些命令操作可以用后台线程或子进程执行（比如数据删除、快照生成、AOF 重写），但从网络 IO 处理到实际的读写命令处理，都是由单个线程完成的。

在 6.0 版本的多线程模型中，Redis 的多 IO 线程只是用来处理网络请求的，对于读写命令仍然使用单线程来处理。这是因为，Redis 处理请求时，网络处理经常是瓶颈，通过多个 IO 线程并行处理网络操作，可以提升实例的整体性能。而继续使用单线程执行命令操作，就不用为了保证 Lua 脚本、事务的原子性，额外开发多线程互斥机制了。这样一来，Redis 线程模型实现就简单了。

1. 处理过程

在 Redis 6.0 中，我们可以把主线程和多 IO 线程的协作分成四个阶段：

阶段一：服务端和客户端建立 Socket 连接，并分配处理线程
首先，主线程负责接收建立连接请求。当有客户端请求和实例建立 Socket 连接时，主线程会创建和客户端的连接，并把 Socket 放入全局等待队列中。紧接着，主线程通过轮询方法把 Socket 连接分配给 IO 线程。

阶段二：IO 线程读取并解析请求
主线程一旦把 Socket 分配给 IO 线程，就会进入阻塞状态，等待 IO 线程完成客户端请求读取和解析。因为有多个 IO 线程在并行处理，所以，这个过程很快就可以完成。

阶段三：主线程执行请求操作
等到 IO 线程解析完请求，主线程还是会以单线程的方式执行这些命令操作。下图显示了以上这三个阶段：

阶段四：IO 线程回写 Socket 和主线程清空全局队列
当主线程执行完请求操作后，会把需要返回的结果写入缓冲区，然后，主线程会阻塞等待 IO 线程把这些结果回写到 Socket 中，并返回给客户端。和 IO 线程读取和解析请求一样，IO 线程回写 Socket 时，也是有多个线程在并发执行，所以回写 Socket 的速度也很快。等到 IO 线程回写 Socket 完毕，主线程会清空全局队列，等待客户端的后续请求。该阶段执行过程如下：

2. 多线程相关配置

在 Redis 6.0 中，多线程机制默认是关闭的，如果使用多线程功能需要在 redis.conf 中进行如下配置：

1. 设置 io-thread-do-reads 配置项为 yes，表示启用多线程。

2. 通过 io-threads 配置项设置线程个数。一般来说，线程个数要小于 Redis 实例所在机器的 CPU 核个数，例如，对于一个 8 核的机器来说，Redis 官方建议配置 6 个 IO 线程。

如果你在实际应用中，发现 Redis 实例的 CPU 开销不大，吞吐量却没有提升，可以考虑使用 Redis 6.0 的多线程机制，加速网络处理，进而提升实例的吞吐量。