redis7.0源码阅读(四):Redis中的IO多线程(线程池)

简介: redis7.0源码阅读(四):Redis中的IO多线程(线程池)

一、Redis中的IO多线程原理

服务端收到一条信息,给它deconde成一条命令

然后根据命令获得一个结果(reply)

然后将结果encode后,发送回去

redis的单线程是指,命令执行(logic)都是在单线程中运行的

接受数据read和发送数据write都是可以在io多线程(线程池)中去运行

在Redis中,生产者也可以作为消费者,反之亦然,没有明确界限。

二、设置io多线程(调试设置)

在redis.conf中

设置io-threads-do-reads yes就可以开启io多线程

设置io-threads 2,设置为2(为了方便调试,真正使用的时候,可以根据需要设置),其中一个为主线程,另外一个是io线程

在networking.c中找到stopThreadedIOIfNeeded,如果在redis-cli中输入一条命令,是不会执行多线程的,因为它会判断,如果pending(需要做的命令)个数比io线程数少,就不会执行多线程

因此提前return 0,确保执行多线程,便于调试

int stopThreadedIOIfNeeded(void) {
    int pending = listLength(server.clients_pending_write);
    /* Return ASAP if IO threads are disabled (single threaded mode). */
    if (server.io_threads_num == 1) return 1;
    return 0;//为了调试,提前退出(自己添加的一行)
    if (pending < (server.io_threads_num*2)) {
        if (server.io_threads_active) stopThreadedIO();
        return 1;
    } else {
        return 0;
    }
}

到此为止,只需要,运行redis-server,在networking.c的 readQueryFromClient中打个断点,然后在redis-cli中输入任意set key value就可以进入io多线程,进行调试

下图可以看到箭头指向的两个线程,一个是主线程,另一个是io线程

三、Redis中的IO线程池

1、读取任务readQueryFromClient

postponeClientRead(c)就是判断io多线程模式,并将任务添加到 任务队列中

void readQueryFromClient(connection *conn) { 
    client *c = connGetPrivateData(conn);
    int nread, big_arg = 0;
    size_t qblen, readlen;
    /* Check if we want to read from the client later when exiting from
     * the event loop. This is the case if threaded I/O is enabled. */
    if (postponeClientRead(c)) return; 
  //后面省略......
}

2、主线程将 待读客户端 添加到Read任务队列(生产者)postponeClientRead

如果是io多线程模式,那么将任务添加到任务队列。

(这个函数名的意思,延迟读,就是将任务加入到任务队列,后续去执行)

int postponeClientRead(client *c) {
    if (server.io_threads_active &&
        server.io_threads_do_reads &&
        !ProcessingEventsWhileBlocked &&
        !(c->flags & (CLIENT_MASTER|CLIENT_SLAVE|CLIENT_BLOCKED)) &&
        io_threads_op == IO_THREADS_OP_IDLE)
    {
        listAddNodeHead(server.clients_pending_read,c);//往任务队列中插入任务
        c->pending_read_list_node = listFirst(server.clients_pending_read);
        return 1;
    } else {
        return 0;
    }
}

3、多线程Read IO任务 handleClientsWithPendingReadsUsingThreads

基本原理和多线程Write IO是一样的,直接看多线程Write IO就行了。

其中processInputBuffer是解析协议

int handleClientsWithPendingReadsUsingThreads(void) {
    if (!server.io_threads_active || !server.io_threads_do_reads) return 0;
    int processed = listLength(server.clients_pending_read);
    if (processed == 0) return 0;
    /* Distribute the clients across N different lists. */
    listIter li;
    listNode *ln;
    listRewind(server.clients_pending_read,&li);
    int item_id = 0;
    while((ln = listNext(&li))) {
        client *c = listNodeValue(ln);
        int target_id = item_id % server.io_threads_num;
        listAddNodeTail(io_threads_list[target_id],c);
        item_id++;
    }
    /* Give the start condition to the waiting threads, by setting the
     * start condition atomic var. */
    io_threads_op = IO_THREADS_OP_READ;
    for (int j = 1; j < server.io_threads_num; j++) {
        int count = listLength(io_threads_list[j]);
        setIOPendingCount(j, count);
    }
    /* Also use the main thread to process a slice of clients. */
    listRewind(io_threads_list[0],&li);
    while((ln = listNext(&li))) {
        client *c = listNodeValue(ln);
        readQueryFromClient(c->conn);
    }
    listEmpty(io_threads_list[0]);
    /* Wait for all the other threads to end their work. */
    while(1) {
        unsigned long pending = 0;
        for (int j = 1; j < server.io_threads_num; j++)
            pending += getIOPendingCount(j);
        if (pending == 0) break;
    }
    io_threads_op = IO_THREADS_OP_IDLE;
    /* Run the list of clients again to process the new buffers. */
    while(listLength(server.clients_pending_read)) {
        ln = listFirst(server.clients_pending_read);
        client *c = listNodeValue(ln);
        listDelNode(server.clients_pending_read,ln);
        c->pending_read_list_node = NULL;
        serverAssert(!(c->flags & CLIENT_BLOCKED));
        if (beforeNextClient(c) == C_ERR) {
            /* If the client is no longer valid, we avoid
             * processing the client later. So we just go
             * to the next. */
            continue;
        }
        /* Once io-threads are idle we can update the client in the mem usage buckets */
        updateClientMemUsageBucket(c);
        if (processPendingCommandsAndResetClient(c) == C_ERR) {
            /* If the client is no longer valid, we avoid
             * processing the client later. So we just go
             * to the next. */
            continue;
        }
        if (processInputBuffer(c) == C_ERR) {
            /* If the client is no longer valid, we avoid
             * processing the client later. So we just go
             * to the next. */
            continue;
        }
        /* We may have pending replies if a thread readQueryFromClient() produced
         * replies and did not install a write handler (it can't).
         */
        if (!(c->flags & CLIENT_PENDING_WRITE) && clientHasPendingReplies(c))
            clientInstallWriteHandler(c);
    }
    /* Update processed count on server */
    server.stat_io_reads_processed += processed;
    return processed;
}

4、多线程write IO任务(消费者)handleClientsWithPendingWritesUsingThreads

1.判断是否有必要开启IO多线程

2.如果没启动IO多线程,就启动IO多线程

3.负载均衡:write任务队列,均匀分给不同io线程

4.启动io子线程

5.主线程执行io任务

6.主线程等待io线程写结束

/* This function achieves thread safety using a fan-out -> fan-in paradigm:
 * Fan out: The main thread fans out work to the io-threads which block until
 * setIOPendingCount() is called with a value larger than 0 by the main thread.
 * Fan in: The main thread waits until getIOPendingCount() returns 0. Then
 * it can safely perform post-processing and return to normal synchronous
 * work. */
int handleClientsWithPendingWritesUsingThreads(void) {
    int processed = listLength(server.clients_pending_write);
    if (processed == 0) return 0; /* Return ASAP if there are no clients. */
    /* If I/O threads are disabled or we have few clients to serve, don't
     * use I/O threads, but the boring synchronous code. */
    if (server.io_threads_num == 1 || stopThreadedIOIfNeeded()) {//判断是否有必要开启IO多线程
        return handleClientsWithPendingWrites();
    }
    /* Start threads if needed. */
    if (!server.io_threads_active) startThreadedIO();//开启io多线程
    /* Distribute the clients across N different lists. */
    listIter li;
    listNode *ln;
    listRewind(server.clients_pending_write,&li);//创建一个迭代器li,用于遍历任务队列clients_pending_write
    int item_id = 0;//默认是0,先分配给主线程去做(生产者也可能是消费者),如果设置成1,则先让io线程1去做
    //io_threads_list[0] 主线程
    //io_threads_list[1] io线程
    //io_threads_list[2] io线程   
    //io_threads_list[3] io线程   
    //io_threads_list[4] io线程
    while((ln = listNext(&li))) {
        client *c = listNodeValue(ln);//取出一个任务
        c->flags &= ~CLIENT_PENDING_WRITE;
        /* Remove clients from the list of pending writes since
         * they are going to be closed ASAP. */
        if (c->flags & CLIENT_CLOSE_ASAP) {//表示该客户端的输出缓冲区超过了服务器允许范围,将在下一次循环进行一个关闭,也不返回任何信息给客户端,删除待读客户端
            listDelNode(server.clients_pending_write, ln);
            continue;
        }
        /* Since all replicas and replication backlog use global replication
         * buffer, to guarantee data accessing thread safe, we must put all
         * replicas client into io_threads_list[0] i.e. main thread handles
         * sending the output buffer of all replicas. */
        if (getClientType(c) == CLIENT_TYPE_SLAVE) {
            listAddNodeTail(io_threads_list[0],c);
            continue;
        }
        //负载均衡:将任务队列中的任务 添加 到不同的线程消费队列中去,每个线程就可以从当前线程的消费队列中取任务就行了
        //这样做的好处是,避免加锁。当前是在主线程中,进行分配任务
        //通过取余操作,将任务均分给不同io线程
        int target_id = item_id % server.io_threads_num;
        listAddNodeTail(io_threads_list[target_id],c);
        item_id++;
    }
    /* Give the start condition to the waiting threads, by setting the
     * start condition atomic var. */
    io_threads_op = IO_THREADS_OP_WRITE;
    for (int j = 1; j < server.io_threads_num; j++) {
        int count = listLength(io_threads_list[j]);
        setIOPendingCount(j, count);//设置io线程启动条件,启动io线程
    }
    /* Also use the main thread to process a slice of clients. */
    listRewind(io_threads_list[0],&li);//让主线程去处理一部分任务(io_threads_list[0])
    while((ln = listNext(&li))) {
        client *c = listNodeValue(ln);
        writeToClient(c,0);
    }
    listEmpty(io_threads_list[0]);
    /* Wait for all the other threads to end their work. */
    while(1) {//剩下的任务io_threads_list[1],io_threads_list[2].....给io线程去做,等待io线程完成任务
        unsigned long pending = 0;
        for (int j = 1; j < server.io_threads_num; j++)
            pending += getIOPendingCount(j);//等待io线程结束,并返回处理的数量
        if (pending == 0) break;
    }
    io_threads_op = IO_THREADS_OP_IDLE;
    /* Run the list of clients again to install the write handler where
     * needed. */
    listRewind(server.clients_pending_write,&li);
    while((ln = listNext(&li))) {
        client *c = listNodeValue(ln);
        /* Update the client in the mem usage buckets after we're done processing it in the io-threads */
        updateClientMemUsageBucket(c);
        /* Install the write handler if there are pending writes in some
         * of the clients. */
        if (clientHasPendingReplies(c) &&
                connSetWriteHandler(c->conn, sendReplyToClient) == AE_ERR)
        {
            freeClientAsync(c);
        }
    }
    listEmpty(server.clients_pending_write);
    /* Update processed count on server */
    server.stat_io_writes_processed += processed;
    return processed;
}

负载均衡:将任务队列中的任务 添加 到不同的线程消费队列中去,每个线程就可以从当前线程的消费队列中取任务就行了。这样做的好处是,避免加锁。当前是在主线程中,进行分配任务通过取余操作,将任务均分给不同的io线程。

四、线程调度

1、开启io线程startThreadedIO

每个io线程都有一把锁,如果主线程把锁还回去了,那么io线程就会启动,不再阻塞

并设置io线程标识为活跃状态io_threads_active=1

void startThreadedIO(void) {
    serverAssert(server.io_threads_active == 0);
    for (int j = 1; j < server.io_threads_num; j++)
        pthread_mutex_unlock(&io_threads_mutex[j]);
    server.io_threads_active = 1;
}

2、关闭io线程stopThreadedIO

每个io线程都有一把锁,如果主线程拿了,那么io线程就会阻塞等待,也就是停止了IO线程

并设置io线程标识为非活跃状态io_threads_active=0

void stopThreadedIO(void) {
    /* We may have still clients with pending reads when this function
     * is called: handle them before stopping the threads. */
    handleClientsWithPendingReadsUsingThreads();
    serverAssert(server.io_threads_active == 1);
    for (int j = 1; j < server.io_threads_num; j++)
        pthread_mutex_lock(&io_threads_mutex[j]);//
    server.io_threads_active = 0;
}
相关文章
|
安全 算法 Java
Java 多线程:线程安全与同步控制的深度解析
本文介绍了 Java 多线程开发的关键技术,涵盖线程的创建与启动、线程安全问题及其解决方案,包括 synchronized 关键字、原子类和线程间通信机制。通过示例代码讲解了多线程编程中的常见问题与优化方法,帮助开发者提升程序性能与稳定性。
587 0
|
设计模式 缓存 安全
【JUC】(6)带你了解共享模型之 享元和不可变 模型并初步带你了解并发工具 线程池Pool,文章内还有饥饿问题、设计模式之工作线程的解决于实现
JUC专栏第六篇,本文带你了解两个共享模型:享元和不可变 模型,并初步带你了解并发工具 线程池Pool,文章中还有解决饥饿问题、设计模式之工作线程的实现
781 2
|
存储 监控 Java
【Java并发】【线程池】带你从0-1入门线程池
欢迎来到我的技术博客!我是一名热爱编程的开发者,梦想是编写高端CRUD应用。2025年我正在沉淀中,博客更新速度加快,期待与你一起成长。 线程池是一种复用线程资源的机制,通过预先创建一定数量的线程并管理其生命周期,避免频繁创建/销毁线程带来的性能开销。它解决了线程创建成本高、资源耗尽风险、响应速度慢和任务执行缺乏管理等问题。
903 60
【Java并发】【线程池】带你从0-1入门线程池
|
Java 中间件 调度
【源码】【Java并发】从InheritableThreadLocal和TTL源码的角度来看父子线程传递
本文涉及InheritableThreadLocal和TTL,从源码的角度,分别分析它们是怎么实现父子线程传递的。建议先了解ThreadLocal。
647 4
【源码】【Java并发】从InheritableThreadLocal和TTL源码的角度来看父子线程传递
|
Java 数据挖掘 调度
Java 多线程创建零基础入门新手指南:从零开始全面学习多线程创建方法
本文从零基础角度出发,深入浅出地讲解Java多线程的创建方式。内容涵盖继承`Thread`类、实现`Runnable`接口、使用`Callable`和`Future`接口以及线程池的创建与管理等核心知识点。通过代码示例与应用场景分析,帮助读者理解每种方式的特点及适用场景,理论结合实践,轻松掌握Java多线程编程 essentials。
934 5
|
数据采集 监控 调度
干货分享“用 多线程 爬取数据”:单线程 + 协程的效率反超 3 倍,这才是 Python 异步的正确打开方式
在 Python 爬虫中,多线程因 GIL 和切换开销效率低下,而协程通过用户态调度实现高并发,大幅提升爬取效率。本文详解协程原理、实战对比多线程性能,并提供最佳实践,助你掌握异步爬虫核心技术。
|
Java
线程池是什么?线程池在实际工作中的应用
总的来说,线程池是一种有效的多线程处理方式,它可以提高系统的性能和稳定性。在实际工作中,我们需要根据任务的特性和系统的硬件能力来合理设置线程池的大小,以达到最佳的效果。
429 18
|
安全 Java 调度
Netty源码—3.Reactor线程模型二
本文主要介绍了NioEventLoop的执行总体框架、Reactor线程执行一次事件轮询、Reactor线程处理产生IO事件的Channel、Reactor线程处理任务队列之添加任务、Reactor线程处理任务队列之执行任务、NioEventLoop总结。
|
安全 Java
Netty源码—2.Reactor线程模型一
本文主要介绍了关于NioEventLoop的问题整理、理解Reactor线程模型主要分三部分、NioEventLoop的创建和NioEventLoop的启动。
|
Python
python3多线程中使用线程睡眠
本文详细介绍了Python3多线程编程中使用线程睡眠的基本方法和应用场景。通过 `time.sleep()`函数,可以使线程暂停执行一段指定的时间,从而控制线程的执行节奏。通过实际示例演示了如何在多线程中使用线程睡眠来实现计数器和下载器功能。希望本文能帮助您更好地理解和应用Python多线程编程,提高程序的并发能力和执行效率。
683 20

热门文章

最新文章