前言
Redis 是一個事件驅動的內存數據庫，服務器需要處理兩種類型的事件。
下面就會介紹這兩種事件的實現原理。
文件事件
Redis 服務器通過 socket 實現與客戶端（或其他redis服務器）的交互,文件事件就是服務器對 socket 操作的抽象。 Redis 服務器，通過監聽這些 socket 產生的文件事件并處理這些事件，實現對客戶端調用的響應。
Reactor
Redis 基于 Reactor 模式開發了自己的事件處理器。
這里就先展開講一講 Reactor 模式?？聪聢D：
“I/O 多路復用模塊”會監聽多個 FD ，當這些FD產生，accept，read，write 或 close 的文件事件。會向“文件事件分發器（dispatcher）”傳送事件。
文件事件分發器（dispatcher）在收到事件之后，會根據事件的類型將事件分發給對應的 handler。
我們順著圖，從上到下的逐一講解 Redis 是怎么實現這個 Reactor 模型的。
I/O 多路復用模塊
Redis 的 I/O 多路復用模塊，其實是封裝了操作系統提供的 select，epoll，avport 和 kqueue 這些基礎函數。向上層提供了一個統一的接口，屏蔽了底層實現的細節。
一般而言 Redis 都是部署到 Linux 系統上，所以我們就看看使用 Redis 是怎么利用 linux 提供的 epoll 實現I/O 多路復用。
首先看看 epoll 提供的三個方法：
/*
* 創建一個epoll的句柄，size用來告訴內核這個監聽的數目一共有多大
*/
int epoll_create(int size)；
/*
* 可以理解為，增刪改 fd 需要監聽的事件
* epfd 是 epoll_create() 創建的句柄。
* op 表示 增刪改
* epoll_event 表示需要監聽的事件，Redis 只用到了可讀，可寫，錯誤，掛斷 四個狀態
*/
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
/*
* 可以理解為查詢符合條件的事件
* epfd 是 epoll_create() 創建的句柄。
* epoll_event 用來存放從內核得到事件的集合
* maxevents 獲取的最大事件數
* timeout 等待超時時間
*/
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
再看 Redis 對文件事件，封裝epoll向上提供的接口：
/*
* 事件狀態
*/
typedef struct aeApiState {
// epoll_event 實例描述符
int epfd;
// 事件槽
struct epoll_event *events;
} aeApiState;
/*
* 創建一個新的 epoll
*/
static int aeApiCreate(aeEventLoop *eventLoop)
/*
* 調整事件槽的大小
*/
static int aeApiResize(aeEventLoop *eventLoop, int setsize)
/*
* 釋放 epoll 實例和事件槽
*/
static void aeApiFree(aeEventLoop *eventLoop)
/*
* 關聯給定事件到 fd
*/
static int aeApiAddEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask)
/*
* 從 fd 中刪除給定事件
*/
static void aeApiDelEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask)
/*
* 獲取可執行事件
*/
static int aeApiPoll(aeEventLoop *eventLoop, struct timeval *tvp)
所以看看這個ae_peoll.c 如何對 epoll 進行封裝的：
- aeApiCreate() 是對 epoll.epoll_create() 的封裝。
- aeApiAddEvent()和aeApiDelEvent() 是對 epoll.epoll_ctl()的封裝。
- aeApiPoll() 是對 epoll_wait()的封裝。
這樣 Redis 的利用 epoll 實現的 I/O 復用器就比較清晰了。
再往上一層次我們需要看看 ea.c 是怎么封裝的？
首先需要關注的是事件處理器的數據結構：
typedef struct aeFileEvent {
// 監聽事件類型掩碼，
// 值可以是 AE_READABLE 或 AE_WRITABLE ，
// 或者 AE_READABLE | AE_WRITABLE
int mask; /* one of AE_(READABLE|WRITABLE) */
// 讀事件處理器
aeFileProc *rfileProc;
// 寫事件處理器
aeFileProc *wfileProc;
// 多路復用庫的私有數據
void *clientData;
} aeFileEvent;
mask 就是可以理解為事件的類型。
除了使用 ae_peoll.c 提供的方法外,ae.c 還增加 “增刪查” 的幾個 API。
- 增:aeCreateFileEvent
- 刪:aeDeleteFileEvent
- 查: 查包括兩個維度 aeGetFileEvents 獲取某個 fd 的監聽類型和aeWait等待某個fd 直到超時或者達到某個狀態。
事件分發器（dispatcher）
Redis 的事件分發器 ae.c/aeProcessEvents 不但處理文件事件還處理時間事件，所以這里只貼與文件分發相關的出部分代碼，dispather 根據 mask 調用不同的事件處理器。
//從 epoll 中獲關注的事件
numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp);
for (j = 0; j numevents; j++) {
// 從已就緒數組中獲取事件
aeFileEvent *fe = eventLoop->events[eventLoop->fired[j].fd];
int mask = eventLoop->fired[j].mask;
int fd = eventLoop->fired[j].fd;
int rfired = 0;
// 讀事件
if (fe->mask mask AE_READABLE) {
// rfired 確保讀/寫事件只能執行其中一個
rfired = 1;
fe->rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
}
// 寫事件
if (fe->mask mask AE_WRITABLE) {
if (!rfired || fe->wfileProc != fe->rfileProc)
fe->wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
}
processed++;
}
可以看到這個分發器，根據 mask 的不同將事件分別分發給了讀事件和寫事件。
文件事件處理器的類型
Redis 有大量的事件處理器類型，我們就講解處理一個簡單命令涉及到的三個處理器：
- acceptTcpHandler 連接應答處理器，負責處理連接相關的事件，當有client 連接到Redis的時候們就會產生 AE_READABLE 事件。引發它執行。
- readQueryFromClinet 命令請求處理器，負責讀取通過 sokect 發送來的命令。
- sendReplyToClient 命令回復處理器，當Redis處理完命令，就會產生 AE_WRITEABLE 事件，將數據回復給 client。
文件事件實現總結
我們按照開始給出的 Reactor 模型，從上到下講解了文件事件處理器的實現，下面將會介紹時間時間的實現。
時間事件
Reids 有很多操作需要在給定的時間點進行處理，時間事件就是對這類定時任務的抽象。
先看時間事件的數據結構：
/* Time event structure
*
* 時間事件結構
*/
typedef struct aeTimeEvent {
// 時間事件的唯一標識符
long long id; /* time event identifier. */
// 事件的到達時間
long when_sec; /* seconds */
long when_ms; /* milliseconds */
// 事件處理函數
aeTimeProc *timeProc;
// 事件釋放函數
aeEventFinalizerProc *finalizerProc;
// 多路復用庫的私有數據
void *clientData;
// 指向下個時間事件結構，形成鏈表
struct aeTimeEvent *next;
} aeTimeEvent;
看見 next 我們就知道這個 aeTimeEvent 是一個鏈表結構?？磮D：
注意：這是一個按照id倒序排列的鏈表，并沒有按照事件順序排序。
processTimeEvent
Redis 使用這個函數處理所有的時間事件，我們整理一下執行思路：
- 記錄最新一次執行這個函數的時間，用于處理系統時間被修改產生的問題。
- 遍歷鏈表找出所有 when_sec 和 when_ms 小于現在時間的事件。
- 執行事件對應的處理函數。
- 檢查事件類型，如果是周期事件則刷新該事件下一次的執行事件。
- 否則從列表中刪除事件。
綜合調度器（aeProcessEvents）
綜合調度器是 Redis 統一處理所有事件的地方。我們梳理一下這個函數的簡單邏輯：
// 1. 獲取離當前時間最近的時間事件
shortest = aeSearchNearestTimer(eventLoop);
// 2. 獲取間隔時間
timeval = shortest - nowTime;
// 如果timeval 小于 0，說明已經有需要執行的時間事件了。
if(timeval 0){
timeval = 0
}
// 3. 在 timeval 時間內，取出文件事件。
numevents = aeApiPoll(eventLoop, timeval);
// 4.根據文件事件的類型指定不同的文件處理器
if (AE_READABLE) {
// 讀事件
rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
}
// 寫事件
if (AE_WRITABLE) {
wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
}
以上的偽代碼就是整個 Redis 事件處理器的邏輯。
我們可以再看看誰執行了這個 aeProcessEvents:
void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) {
eventLoop->stop = 0;
while (!eventLoop->stop) {
// 如果有需要在事件處理前執行的函數，那么運行它
if (eventLoop->beforesleep != NULL)
eventLoop->beforesleep(eventLoop);
// 開始處理事件
aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS);
}
}
然后我們再看看是誰調用了 eaMain:
int main(int argc, char **argv) {
//一些配置和準備
...
aeMain(server.el);
//結束后的回收工作
...
}
我們在 Redis 的 main 方法中找個了它。
這個時候我們整理出的思路就是:
- Redis 的 main() 方法執行了一些配置和準備以后就調用 eaMain() 方法。
- eaMain() while(true) 的調用 aeProcessEvents()。
所以我們說 Redis 是一個事件驅動的程序，期間我們發現，Redis 沒有 fork 過任何線程。所以也可以說 Redis 是一個基于事件驅動的單線程應用。
總結
在后端的面試中 Redis 總是一個或多或少會問到的問題。
讀完這篇文章你也許就能回答這幾個問題：
為什么 Redis 是一個單線程應用？
為什么 Redis 是一個單線程應用，卻有如此高的性能？
如果你用本文提供的知識點回答這兩個問題，一定會在面試官心中留下一個高大的形象。
好了，以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。
