Redis核心技术13-异步机制
# Redis核心技术13-异步机制
Redis 的网络 IO 和键值对读写是由主线程完成的。那么，如果在主线程上执行的操作消耗的时间太长，就会引起主线程阻塞。但是，Redis 既有服务客户端请求的键值对增删改查操作，也有保证可靠性的持久化操作，还有进行主从复制时的数据同步操作。Redis涉及到的操作很多，那么那些操作会引起阻塞呢？同时那些阻塞点可以通过异步执行呢？
# Redis实例的阻塞点
Redis 实例在运行时，要和许多对象进行交互，这些不同的交互就会涉及不同的操作，下面我们来看看和 Redis 实例交互的对象，以及交互时会发生的操作。
- 客户端：网络 IO，键值对增删改查操作，数据库操作；
- 磁盘：生成 RDB 快照，记录 AOF 日志，AOF 日志重写；
- 主从节点：主库生成、传输 RDB 文件，从库接收 RDB 文件、清空数据库、加载 RDB 文件；
- 切片集群实例：向其他实例传输哈希槽信息，数据迁移。
# 客户端交互时的阻塞点
Redis使用了IO多路复用机制，避免了主线程一直处在等待网络连接或请求到来的状态，所以，网络 IO 不是导致 Redis 阻塞的因素。
键值对的增删改查操作是 Redis 和客户端交互的主要部分，也是 Redis 主线程执行的主要任务。所以，复杂度高的增删改查操作肯定会阻塞 Redis。例如集合元素全量查询操作 HGETALL、SMEMBERS，以及集合的聚合统计操作，例如求交、并和差集。这些操作可以作为 Redis 的第一个阻塞点：集合全量查询和聚合操作。
删除操作的本质就是要释放键值对占用的内存空间，为了更加高效地管理内存空间，在应用程序释放内存时，操作系统需要把释放掉的内存块插入一个空闲内存块的链表，以便后续进行管理和再分配。这个过程本身需要一定时间，而且会阻塞当前释放内存的应用程序。所以如果一下子释放了大量内存，空闲内存块链表操作时间就会增加，相应地就会造成 Redis 主线程的阻塞。也就是说Redis的第二个阻塞点：bigkey的删除操作（大量key的删除）
大量key的删除会造成潜在的阻塞，同理清空数据库就是Redis的第三个阻塞点。
# 磁盘交互时的阻塞点
由于Redis 采用子进程的方式生成 RDB 快照文件，以及执行 AOF 日志重写操作，所以这一步操作不会阻塞主线程。
但是，Redis 直接记录 AOF 日志时，会根据不同的写回策略对数据做落盘保存。一个同步写磁盘的操作的耗时大约是 1～2ms，如果有大量的写操作需要记录在 AOF 日志中，并同步写回的话，就会阻塞主线程了。这就得到了 Redis 的第四个阻塞点了：AOF 日志同步写。
# 主从节点交互时的阻塞点
主库在复制的过程中，创建和传输 RDB 文件都是由子进程来完成的，不会阻塞主线程。但是，对于从库来说，它在接收了 RDB 文件后，需要使用 FLUSHDB 命令清空当前数据库，这就正好撞上了刚才我们分析的第三个阻塞点（清空数据库）。同时清空完毕当前数据库后，还需要把RDB文件加载到内存，因此加载RDB文件为第五个阻塞点
# 切片集群实例交互时的阻塞点
每个 Redis 实例上分配的哈希槽信息需要在不同实例间进行传递，同时，当需要进行负载均衡或者有实例增删时，数据会在不同的实例间进行迁移。不过，哈希槽的信息量不大，而数据迁移是渐进式执行的，所以，一般来说，这两类操作对 Redis 主线程的阻塞风险不大。
# 阻塞点总结
- 集合全量查询和聚合操作；
- bigkey 删除；
- 清空数据库；
- AOF 日志同步写；
- 从库加载 RDB 文件。
如果在主线程中执行这些操作，必然会导致主线程长时间无法服务其他请求。为了避免阻塞式操作，Redis 提供了异步线程机制。所谓的异步线程机制，就是指，Redis 会启动一些子线程，然后把一些任务交给这些子线程，让它们在后台完成，而不再由主线程来执行这些任务。使用异步线程机制执行操作，可以避免阻塞主线程。
# 哪些阻塞点可以异步执行
异步执行操作要求：如果一个操作能被异步执行，就意味着，它并不是 Redis 主线程的关键路径上的操作。我再解释下关键路径上的操作是啥。这就是说，客户端把请求发送给 Redis 后，等着 Redis 返回数据结果的操作。
如果客户端请求需要主线程来返回结果的，就是关键路径上的操作，如果客户端发出的请求，主线程可以将其"甩锅"到后台子线程，那么就不是关键路径上的操作。
对于 Redis 来说，读操作是典型的关键路径操作，因为客户端发送了读操作之后，就会等待读取的数据返回，以便进行后续的数据处理。那么这就意味着集合全量查询和聚合操作不能进行异步操作
删除操作并不需要给客户端返回具体的数据结果，所以不算是关键路径操作。而我们刚才总结的第二个阻塞点“bigkey 删除”，和第三个阻塞点“清空数据库”，都是对数据做删除，并不在关键路径上。因此，我们可以使用后台子线程来异步执行删除操作。
对于第四个阻塞点“AOF 日志同步写”来说，为了保证数据可靠性，Redis 实例需要保证 AOF 日志中的操作记录已经落盘，这个操作虽然需要实例等待，但它并不会返回具体的数据结果给实例。所以，我们也可以启动一个子线程来执行 AOF 日志的同步写，而不用让主线程等待 AOF 日志的写完成。
“从库加载 RDB 文件”这个阻塞点。从库要想对客户端提供数据存取服务，就必须把 RDB 文件加载完成。所以，这个操作也属于关键路径上的操作，我们必须让从库的主线程来执行。
对于 Redis 的五大阻塞点来说，除了“集合全量查询和聚合操作”和“从库加载 RDB 文件”，其他三个阻塞点涉及的操作都不在关键路径上，所以，我们可以使用 Redis 的异步子线程机制来实现 bigkey 删除，清空数据库，以及 AOF 日志同步写。