前言
Redis 是一个事件驱动的内存数据库，服务器需要处理两种类型的事件。
- 文件事件
- 时间事件
下面就会介绍这两种事件的实现原理。
文件事件
Redis 服务器通过 socket 实现与客户端（或其他redis服务器）的交互,文件事件就是服务器对 socket 操作的抽象。 Redis 服务器，通过监听这些 socket 产生的文件事件并处理这些事件，实现对客户端调用的响应。
Reactor
Redis 基于 Reactor 模式开发了自己的事件处理器。
这里就先展开讲一讲 Reactor 模式。看下图：
“I/O 多路复用模块”会监听多个 FD ，当这些FD产生，accept，read，write 或 close 的文件事件。会向“文件事件分发器（dispatcher）”传送事件。
文件事件分发器（dispatcher）在收到事件之后，会根据事件的类型将事件分发给对应的 handler。
我们顺着图，从上到下的逐一讲解 Redis 是怎么实现这个 Reactor 模型的。
I/O 多路复用模块
Redis 的 I/O 多路复用模块，其实是封装了操作系统提供的 select，epoll，avport 和 kqueue 这些基础函数。向上层提供了一个统一的接口，屏蔽了底层实现的细节。
一般而言 Redis 都是部署到 Linux 系统上，所以我们就看看使用 Redis 是怎么利用 linux 提供的 epoll 实现I/O 多路复用。
首先看看 epoll 提供的三个方法：
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/* * 创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大 */int epoll_create(int size)；/* * 可以理解为，增删改 fd 需要监听的事件 * epfd 是 epoll_create() 创建的句柄。 * op 表示 增删改 * epoll_event 表示需要监听的事件，Redis 只用到了可读，可写，错误，挂断 四个状态 */int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；/* * 可以理解为查询符合条件的事件 * epfd 是 epoll_create() 创建的句柄。 * epoll_event 用来存放从内核得到事件的集合 * maxevents 获取的最大事件数 * timeout 等待超时时间 */int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout); |
再看 Redis 对文件事件，封装epoll向上提供的接口：
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/* * 事件状态 */typedef struct aeApiState { // epoll_event 实例描述符 int epfd; // 事件槽 struct epoll_event *events;} aeApiState;/* * 创建一个新的 epoll */static int aeApiCreate(aeEventLoop *eventLoop)/* * 调整事件槽的大小 */static int aeApiResize(aeEventLoop *eventLoop, int setsize)/* * 释放 epoll 实例和事件槽 */static void aeApiFree(aeEventLoop *eventLoop)/* * 关联给定事件到 fd */static int aeApiAddEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask)/* * 从 fd 中删除给定事件 */static void aeApiDelEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask)/* * 获取可执行事件 */static int aeApiPoll(aeEventLoop *eventLoop, struct timeval *tvp) |
所以看看这个ae_peoll.c 如何对 epoll 进行封装的：
- aeApiCreate() 是对 epoll.epoll_create() 的封装。
- aeApiAddEvent()和aeApiDelEvent() 是对 epoll.epoll_ctl()的封装。
- aeApiPoll() 是对 epoll_wait()的封装。
这样 Redis 的利用 epoll 实现的 I/O 复用器就比较清晰了。
再往上一层次我们需要看看 ea.c 是怎么封装的？
首先需要关注的是事件处理器的数据结构：
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typedef struct aeFileEvent { // 监听事件类型掩码， // 值可以是 AE_READABLE 或 AE_WRITABLE ， // 或者 AE_READABLE | AE_WRITABLE int mask; /* one of AE_(READABLE|WRITABLE) */ // 读事件处理器 aeFileProc *rfileProc; // 写事件处理器 aeFileProc *wfileProc; // 多路复用库的私有数据 void *clientData;} aeFileEvent; |
mask 就是可以理解为事件的类型。
除了使用 ae_peoll.c 提供的方法外,ae.c 还增加 “增删查” 的几个 API。
- 增:aeCreateFileEvent
- 删:aeDeleteFileEvent
- 查: 查包括两个维度 aeGetFileEvents 获取某个 fd 的监听类型和aeWait等待某个fd 直到超时或者达到某个状态。
事件分发器（dispatcher）
Redis 的事件分发器 ae.c/aeProcessEvents 不但处理文件事件还处理时间事件，所以这里只贴与文件分发相关的出部分代码，dispather 根据 mask 调用不同的事件处理器。
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//从 epoll 中获关注的事件numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp);for (j = 0; j < numevents; j++) { // 从已就绪数组中获取事件 aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[eventLoop->fired[j].fd]; int mask = eventLoop->fired[j].mask; int fd = eventLoop->fired[j].fd; int rfired = 0; // 读事件 if (fe->mask & mask & AE_READABLE) { // rfired 确保读/写事件只能执行其中一个 rfired = 1; fe->rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask); } // 写事件 if (fe->mask & mask & AE_WRITABLE) { if (!rfired || fe->wfileProc != fe->rfileProc) fe->wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask); } processed++;} |
可以看到这个分发器，根据 mask 的不同将事件分别分发给了读事件和写事件。
文件事件处理器的类型
Redis 有大量的事件处理器类型，我们就讲解处理一个简单命令涉及到的三个处理器：
- acceptTcpHandler 连接应答处理器，负责处理连接相关的事件，当有client 连接到Redis的时候们就会产生 AE_READABLE 事件。引发它执行。
- readQueryFromClinet 命令请求处理器，负责读取通过 sokect 发送来的命令。
- sendReplyToClient 命令回复处理器，当Redis处理完命令，就会产生 AE_WRITEABLE 事件，将数据回复给 client。
文件事件实现总结
我们按照开始给出的 Reactor 模型，从上到下讲解了文件事件处理器的实现，下面将会介绍时间时间的实现。
时间事件
Reids 有很多操作需要在给定的时间点进行处理，时间事件就是对这类定时任务的抽象。
先看时间事件的数据结构：
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/* Time event structure * * 时间事件结构 */typedef struct aeTimeEvent { // 时间事件的唯一标识符 long long id; /* time event identifier. */ // 事件的到达时间 long when_sec; /* seconds */ long when_ms; /* milliseconds */ // 事件处理函数 aeTimeProc *timeProc; // 事件释放函数 aeEventFinalizerProc *finalizerProc; // 多路复用库的私有数据 void *clientData; // 指向下个时间事件结构，形成链表 struct aeTimeEvent *next;} aeTimeEvent; |
看见 next 我们就知道这个 aeTimeEvent 是一个链表结构。看图：
注意：这是一个按照id倒序排列的链表，并没有按照事件顺序排序。
processTimeEvent
Redis 使用这个函数处理所有的时间事件，我们整理一下执行思路：
- 记录最新一次执行这个函数的时间，用于处理系统时间被修改产生的问题。
- 遍历链表找出所有 when_sec 和 when_ms 小于现在时间的事件。
- 执行事件对应的处理函数。
- 检查事件类型，如果是周期事件则刷新该事件下一次的执行事件。
- 否则从列表中删除事件。
综合调度器（aeProcessEvents）
综合调度器是 Redis 统一处理所有事件的地方。我们梳理一下这个函数的简单逻辑：
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// 1. 获取离当前时间最近的时间事件shortest = aeSearchNearestTimer(eventLoop);// 2. 获取间隔时间timeval = shortest - nowTime;// 如果timeval 小于 0，说明已经有需要执行的时间事件了。if(timeval < 0){ timeval = 0}// 3. 在 timeval 时间内，取出文件事件。numevents = aeApiPoll(eventLoop, timeval);// 4.根据文件事件的类型指定不同的文件处理器if (AE_READABLE) { // 读事件 rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);} // 写事件if (AE_WRITABLE) { wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);} |
以上的伪代码就是整个 Redis 事件处理器的逻辑。
我们可以再看看谁执行了这个 aeProcessEvents:
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void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) { eventLoop->stop = 0; while (!eventLoop->stop) { // 如果有需要在事件处理前执行的函数，那么运行它 if (eventLoop->beforesleep != NULL) eventLoop->beforesleep(eventLoop); // 开始处理事件 aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS); }} |
然后我们再看看是谁调用了 eaMain:
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int main(int argc, char **argv) { //一些配置和准备 ... aeMain(server.el); //结束后的回收工作 ...} |
我们在 Redis 的 main 方法中找个了它。
这个时候我们整理出的思路就是:
- Redis 的 main() 方法执行了一些配置和准备以后就调用 eaMain() 方法。
- eaMain() while(true) 的调用 aeProcessEvents()。
所以我们说 Redis 是一个事件驱动的程序，期间我们发现，Redis 没有 fork 过任何线程。所以也可以说 Redis 是一个基于事件驱动的单线程应用。
总结
在后端的面试中 Redis 总是一个或多或少会问到的问题。
读完这篇文章你也许就能回答这几个问题：
为什么 Redis 是一个单线程应用？
为什么 Redis 是一个单线程应用，却有如此高的性能？
如果你用本文提供的知识点回答这两个问题，一定会在面试官心中留下一个高大的形象。
好了，以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对服务器之家的支持。
