前言

Redis 是一個事件驅動的記憶體資料庫，伺服器需要處理兩種型別的事件。

• 檔案事件
• 時間事件

下面就會介紹這兩種事件的實現原理。

檔案事件

Redis 伺服器通過 socket 實現與客戶端（或其他redis伺服器）的互動,檔案事件就是伺服器對 socket 操作的抽象。 Redis 伺服器，通過監聽這些 socket 產生的檔案事件並處理這些事件，實現對客戶端呼叫的響應。

Reactor

Redis 基於 Reactor 模式開發了自己的事件處理器。

這裡就先展開講一講 Reactor 模式。看下圖：

“I/O 多路複用模組”會監聽多個 FD ，當這些FD產生，accept，read，write 或 close 的檔案事件。會向“檔案事件分發器（dispatcher）”傳送事件。

檔案事件分發器（dispatcher）在收到事件之後，會根據事件的型別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 是怎麼實現這個 Reactor 模型的。

I/O 多路複用模組

Redis 的 I/O 多路複用模組，其實是封裝了作業系統提供的 select，epoll，avport 和 kqueue 這些基礎函式。向上層提供了一個統一的介面，遮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 是怎麼利用 linux 提供的 epoll 實現I/O 多路複用。

首先看看 epoll 提供的三個方法：

/*
 * 建立一個epoll的控制代碼，size用來告訴核心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() 建立的控制代碼。
 * 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，結束通話 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() 建立的控制代碼。
 * epoll_event 用來存放從核心得到事件的集合
 * 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 對檔案事件，封裝epoll向上提供的介面：

/*
 * 事件狀態
 */
typedef struct aeApiState {

 // epoll_event 例項描述符
 int epfd;

 // 事件槽
 struct epoll_event *events;

} aeApiState;

/*
 * 建立一個新的 epoll 
 */
static int aeApiCreate(aeEventLoop *eventLoop)
/*
 * 調整事件槽的大小
 */
static int aeApiResize(aeEventLoop *eventLoop,int setsize)
/*
 * 釋放 epoll 例項和事件槽
 */
static void aeApiFree(aeEventLoop *eventLoop)
/*
 * 關聯給定事件到 fd
 */
static int aeApiAddEvent(aeEventLoop *eventLoop,int mask)
/*
 * 從 fd 中刪除給定事件
 */
static void aeApiDelEvent(aeEventLoop *eventLoop,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 複用器就比較清晰了。

再往上一層次我們需要看看 ea.c 是怎麼封裝的？

首先需要關注的是事件處理器的資料結構：

typedef struct aeFileEvent {
 // 監聽事件型別掩碼，
 // 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;
 // 多路複用庫的私有資料
 void *clientData;
} aeFileEvent;

mask 就是可以理解為事件的型別。

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 的監聽型別和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 不但處理檔案事件還處理時間事件，所以這裡只貼與檔案分發相關的出部分程式碼，dispather 根據 mask 呼叫不同的事件處理器。

//從 epoll 中獲關注的事件
numevents = aeApiPoll(eventLoop,tvp);
for (j = 0; j < numevents; j++) {
 // 從已就緒陣列中獲取事件
 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,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。

檔案事件處理器的型別

Redis 有大量的事件處理器型別，我們就講解處理一個簡單命令涉及到的三個處理器：

• acceptTcpHandler 連線應答處理器，負責處理連線相關的事件，當有client 連線到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 傳送來的命令。
• sendReplyToClient 命令回覆處理器，當Redis處理完命令，就會產生 AE_WRITEABLE 事件，將資料回覆給 client。

檔案事件實現總結

我們按照開始給出的 Reactor 模型，從上到下講解了檔案事件處理器的實現，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。

先看時間事件的資料結構：

/* Time event structure
 *
 * 時間事件結構
 */
typedef struct aeTimeEvent {
 // 時間事件的唯一識別符號
 long long id; /* time event identifier. */
 // 事件的到達時間
 long when_sec; /* seconds */
 long when_ms; /* milliseconds */
 // 事件處理函式
 aeTimeProc *timeProc;
 // 事件釋放函式
 aeEventFinalizerProc *finalizerProc;
 // 多路複用庫的私有資料
 void *clientData;
 // 指向下個時間事件結構，形成連結串列
 struct aeTimeEvent *next;
} aeTimeEvent;

看見 next 我們就知道這個 aeTimeEvent 是一個連結串列結構。看圖：

注意：這是一個按照id倒序排列的連結串列，並沒有按照事件順序排序。

processTimeEvent

Redis 使用這個函式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式的時間，用於處理系統時間被修改產生的問題。
• 遍歷連結串列找出所有 when_sec 和 when_ms 小於現在時間的事件。
• 執行事件對應的處理函式。
• 檢查事件型別，如果是週期事件則重新整理該事件下一次的執行事件。
• 否則從列表中刪除事件。

綜合排程器（aeProcessEvents）

綜合排程器是 Redis 統一處理所有事件的地方。我們梳理一下這個函式的簡單邏輯：

// 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 小於 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，取出檔案事件。
numevents = aeApiPoll(eventLoop,timeval);

// 4.根據檔案事件的型別指定不同的檔案處理器
if (AE_READABLE) {
 // 讀事件
 rfileProc(eventLoop,mask);
}
 // 寫事件
if (AE_WRITABLE) {
 wfileProc(eventLoop,mask);
}

以上的虛擬碼就是整個 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式，那麼執行它
  if (eventLoop->beforesleep != NULL)
   eventLoop->beforesleep(eventLoop);
  // 開始處理事件
  aeProcessEvents(eventLoop,AE_ALL_EVENTS);
 }
}

然後我們再看看是誰呼叫了 eaMain:

int main(int argc,char **argv) {
 //一些配置和準備
 ...
 aeMain(server.el);
 
 //結束後的回收工作
 ...
}

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後就呼叫 eaMain() 方法。
• eaMain() while(true) 的呼叫 aeProcessEvents()。

所以我們說 Redis 是一個事件驅動的程式，期間我們發現，Redis 沒有 fork 過任何執行緒。所以也可以說 Redis 是一個基於事件驅動的單執行緒應用。

總結

在後端的面試中 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：

為什麼 Redis 是一個單執行緒應用？
為什麼 Redis 是一個單執行緒應用，卻有如此高的效能？
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，謝謝大家對我們的支援。