Redis는 Single thread 라는데?

Redis는 기본적으로 하나의 스레드만 사용하여 모든 클라이언트 요청을 처리합니다. 이 특징은 Redis의 성능과 확장성에 중요한 영향을 미칩니다.

Redis의 싱글 스레드 아키텍처의 특징:

1. 단일 스레드로 동작:
   • Redis는 하나의 스레드에서 모든 작업을 처리합니다. 클라이언트로부터 요청을 받으면, Redis는 순차적으로 처리하고 응답을 보냅니다.
   • 다수의 클라이언트 요청이 동시에 들어오더라도, Redis는 요청을 하나씩 차례대로 처리합니다.
2. 단순화된 디자인:
   • 싱글 스레드로 설계되었기 때문에, Redis는 락(lock)을 사용하지 않습니다. 여러 스레드가 동시에 데이터를 수정할 때 발생할 수 있는 복잡한 동기화 문제를 피할 수 있습니다.
   • 또한, 여러 클라이언트 요청을 처리하는 데 있어 스레드 간의 컨텍스트 전환(context switch)을 피할 수 있어 성능이 최적화됩니다.
3. 성능:
   • Redis는 대부분의 작업이 메모리 기반이고 단일 스레드로 처리되기 때문에, 빠른 읽기/쓰기 성능을 제공합니다.
   • 디스크 I/O가 필요 없는 대부분의 연산이 메모리에서 처리되므로, 여러 클라이언트가 동시에 요청을 보내더라도 빠르게 응답할 수 있습니다.
4. 비동기 처리:
   • Redis는 클라이언트 요청을 비동기적으로 처리하는 방식으로 설계되었습니다. 즉, 한 클라이언트의 요청을 처리하는 동안 다른 요청도 대기열에 쌓이고, 순차적으로 처리됩니다.
   • 요청이 차례대로 처리되므로, 다중 스레드 환경에서 발생할 수 있는 동기화 문제를 피하고, 안정성을 확보할 수 있습니다.

Redis의 싱글 스레드가 가지는 장점:

• 단순성: Redis는 스레드 간의 동기화 문제를 없애기 때문에 아키텍처가 단순하고 유지보수가 용이합니다.
• 빠른 성능: 메모리에서 데이터를 처리하고, 요청을 순차적으로 처리하면서 성능을 최적화합니다.
• 원자적 연산: 모든 연산은 원자적(atomic)으로 처리되므로, 동시에 여러 클라이언트가 요청을 보내더라도 데이터 일관성 문제가 발생하지 않습니다.

Redis에서 다중 CPU 코어 활용

Redis는 기본적으로 싱글 스레드이지만, 다중 CPU 코어를 활용하는 방법도 있습니다:

• Redis 클러스터: Redis는 클러스터 모드를 지원하여, 여러 Redis 인스턴스를 수평 확장(sharding)할 수 있습니다. 이를 통해 여러 Redis 서버가 각각 독립적으로 동작하며, CPU 코어와 메모리 자원을 분배받아 성능을 향상시킬 수 있습니다.
• 멀티 스레드 I/O: Redis 6부터는 멀티 스레드 I/O 기능이 추가되었습니다. 이를 통해 Redis는 네트워크 I/O를 처리할 때 여러 스레드를 활용할 수 있습니다. 그러나, 여전히 주요 연산은 싱글 스레드로 처리됩니다. 멀티 스레드 I/O는 주로 네트워크 요청을 더 빠르게 처리하기 위해 도입된 기능입니다.

그럼 의문이 무조건 싱글 쓰레드인가?? 멀티는 안되나?? 라는 궁금증이 들었습니다.

그래서 추가로 인터넷 서칭을 해보니 다음과 같습니다.

 

Redis는 기본적으로 싱글 스레드(Single-threaded) 모델로 동작하지만, 최근 버전에서 일부 멀티스레드 기능을 도입하여 성능을 향상시켰습니다. 특히 Redis 6 버전부터는 멀티스레드 I/O 기능을 제공하여 네트워크 I/O 처리를 다중 스레드로 수행할 수 있게 되었습니다. 다만, Redis의 핵심 작업(데이터 처리 및 연산)은 여전히 싱글 스레드로 처리됩니다.

1. Redis의 기본 동작: 싱글 스레드

• Redis는 주요 데이터 처리(예: 읽기, 쓰기, 삭제 등)와 같은 비즈니스 로직은 단일 스레드에서 처리합니다.
• 이 방식은 Redis가 간단하고 효율적인 데이터 구조를 다룰 수 있게 하고, 스레드 간 동기화 문제를 피하며 성능을 최적화합니다.

2. 멀티스레드 I/O (Redis 6 이후)

• Redis 6 버전부터는 멀티스레드 I/O 처리를 지원합니다. 이 기능은 네트워크 요청과 응답 처리에만 영향을 미칩니다.
• 멀티스레드 I/O는 클라이언트와의 TCP 연결을 처리하는 데 여러 스레드를 사용하여 네트워크 처리 성능을 향상시킵니다.
  • 예를 들어, 네트워크 I/O가 병목이 될 수 있는 상황에서, 여러 클라이언트의 연결 요청을 동시에 처리할 수 있게 됩니다.
  • Redis는 여전히 하나의 스레드에서 데이터 처리를 하지만, 입력/출력 작업(I/O)은 여러 스레드를 통해 병렬로 처리할 수 있습니다.

멀티스레드 I/O 활성화 방법:

• Redis 6 이상에서는 redis.conf 설정 파일에서 io-threads 옵션을 설정하여 멀티스레드 I/O를 활성화할 수 있습니다. 기본적으로 이 기능은 비활성화되어 있으며, 활성화하려면 다음과 같은 설정을 할 수 있습니다:이 설정을 통해 Redis는 4개의 스레드를 사용하여 네트워크 요청을 병렬 처리하게 됩니다. io-threads-do-reads 옵션을 yes로 설정하면, 읽기 요청도 멀티스레드로 처리할 수 있습니다.
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  io-threads 4 # 네트워크 I/O 처리를 위한 4개의 스레드 사용

멀티스레드 I/O 관련 설정:

• io-threads: 네트워크 I/O를 처리할 스레드의 개수.
• io-threads-do-reads: 읽기 작업도 멀티스레드로 처리할지 여부.
• io-threads-max: 사용할 수 있는 최대 I/O 스레드 수 (기본값은 16).

이와 같은 멀티스레드 I/O는 Redis의 네트워크 성능을 향상시키는 데 유용하지만, 핵심 데이터 처리(예: 키-값 읽기/쓰기)는 여전히 싱글 스레드로 수행됩니다.

3. 왜 Redis는 기본적으로 싱글 스레드인가?

• Redis는 싱글 스레드 모델을 채택한 이유는 성능과 간단한 설계를 유지하기 위함입니다.
  • 싱글 스레드로 동작하면 데이터 일관성을 보장하기가 쉽습니다. 멀티스레드 환경에서는 여러 스레드가 동시에 데이터에 접근하면서 동기화를 맞추는 데 추가적인 복잡성이 발생할 수 있습니다.
  • Redis는 락(Lock)을 사용하지 않아서 경쟁 상태(race condition)나 교착 상태(deadlock)와 같은 문제를 피할 수 있습니다.
  • Redis의 단순성 덕분에 성능 최적화가 쉬우며, 메모리 기반의 데이터베이스라서 빠른 처리 속도를 제공합니다.

4. Redis의 멀티스레드 관련 한계

• Redis는 멀티스레드로 데이터 처리를 하지 않기 때문에, 매우 복잡한 데이터 연산이나 트랜잭션 처리에 대해 멀티스레드 성능을 제공하지는 않습니다.
• Redis 6 이후의 멀티스레드 I/O는 주로 네트워크 요청 처리에 집중하며, 데이터 처리와 관련된 중요한 작업은 여전히 싱글 스레드에서 순차적으로 처리됩니다.