redis源码学习之工作流程初探

Posted 2021-03-31 踩刀诗人

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了redis源码学习之工作流程初探相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

背景

redis是当下比较流行的KV数据库之一，是抵御高并发的一把利器，本着知其然还要知其所以然的目的，我决定花一点时间来研究其源码，希望最后能向自己解释清楚“redis为什么这么快”这个疑惑，这一篇主要介绍redis运行环境搭建和redis工作流程初探，后期会陆续献上其他有意思的章节。

环境准备

我自己的电脑是win10系统，所以我会准备一套适合windows系统的环境来供自己学习，这样方便调试分析。

下载redis源码

下载Visual Studio

Visual Studio打开redis源码

按照下图方式打开下载的redis源码

redis源码学习之工作流程初探

c程序的入口是main方法，redis main方法的位置在redis.c文件中，下面我们通过main方法来逐步了解redis的工作流程。

启动过程分析

跟着main方法顺序看下去，大概有以下几个关键步骤（略过了sentinel相关逻辑）：
1.设置随机数种子、获取当前时间等；
2.初始化服务配置信息，设置默认值（initServerConfig）；
3.解析配置文件（loadServerConfig）；
4.初始化server对象（initServer）；
4.1创建eventLoop对象；
4.2创建serverSocket，监听端口；
4.3添加定时事件到eventLoop对象中；
4.4将serverSocket文件描述符添加到监视集中，这里借助IO多路复用框架的能力（windows平台使用IOCP，其他平台使用select、epoll、evport等）；
5.从磁盘加载数据到内存中（loadDataFromDisk）；
6.执行事件循环逻辑（aeMain），这是redis真正挥洒汗水的地方，下一节会单独讲述这块内容。

调用关系图

redis源码学习之工作流程初探

事件循环分析

我们都知道redis是单线程执行客户端命令的，那究竟是怎样一种设计才能支持高并发的读写呢。

工作模型

1.server启动，创建serverSocket监听端口，将serverSocket对应的FD（文件描述符）简称为FD-Server添加到IO多路复用框架的监视集当中，注册AE_READABLE事件（可读），关联的事件处理器是acceptTcpHandler；
2.client连接server；
3.事件循环开始轮询IO多路复用框架接口aeApiPoll，会得到就绪的FD，执行对应的事件处理器；
4.由第3步事件循环触发FD-Server AE_READABLE事件对应的事件处理器acceptTcpHandler；
4.1调用accept获得clientSocket对应的FD简称为FD-Client；
4.2将FD-Client添加到IO多路复用框架的监视集当中，注册AE_READABLE事件（可读），关联的事件处理器是readQueryFromClient；
5.client发送redis命令；
6.由第3步事件循环触发FD-Clien AE_READABLE事件对应的事件处理器readQueryFromClient；
6.1解析客户端发来的redis命令，找到命令对应的redisCommandProc（命令对应的处理函数）；
6.2执行redisCommandProc；
6.3prepareClientToWrite准备回写响应信息，为FD-Client注册AE_WRITEABLE事件（可写），关联的事件处理器是sendReplyToClient；
7.执行redis中的定时任务；
8.由第3步事件循环触发FD-Clien AE_WRITEABLE事件对应的事件处理器sendReplyToClient，发送响应内容给client；

redis源码学习之工作流程初探

代码分析

server启动，创建serverSocket并注册AE_READABLE事件，设置事件处理器为acceptTcpHandler

void initServer() { //省略部分代码
 //初始化eventLoop对象，eventLoop对象里面存储了所有的事件 server.el = aeCreateEventLoop(server.maxclients+REDIS_EVENTLOOP_FDSET_INCR);
 //创建serverSocket，监听端口 if (server.port != 0 && listenToPort(server.port,server.ipfd,&server.ipfd_count) == REDIS_ERR) exit(1);  //添加定时任务到eventLoop中  if(aeCreateTimeEvent(server.el, 1, serverCron, NULL, NULL) == AE_ERR) { }


 //将serverSocket对应的文件描述符添加到监视集中，关联的事件处理器是acceptTcpHandler for (j = 0; j < server.ipfd_count; j++) { if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE, acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR)  }}

acceptTcpHandler当有连接过来的时候被触发，调用accept得到client socket对应的FD，并将FD添加到监视集中，关联的事件处理器是readQueryFromClient

void acceptTcpHandler(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) { int cport, cfd; //调用accept获得clientSocket对应的FD cfd = anetTcpAccept(server.neterr, fd, cip, sizeof(cip), &cport);  //将clientSocket对应的FD添加到监视集中  acceptCommonHandler(cfd,0);}
static void acceptCommonHandler(int fd, int flags) { redisClient *c;  //调用createClient添加 if ((c = createClient(fd)) == NULL) { } }
redisClient *createClient(int fd) { redisClient *c = zmalloc(sizeof(redisClient));
 if (fd != -1) { anetNonBlock(NULL,fd); anetEnableTcpNoDelay(NULL,fd); if (server.tcpkeepalive) anetKeepAlive(NULL,fd,server.tcpkeepalive);
 //将fd添加到监视集中，关联的事件处理器是readQueryFromClient if (aeCreateFileEvent(server.el,fd,AE_READABLE, readQueryFromClient, c) == AE_ERR) { } }}

aeMain就是跑一个循环，一直去调用aeProcessEvents

void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) { eventLoop->stop = 0; while (!eventLoop->stop) { if (eventLoop->beforesleep != NULL) eventLoop->beforesleep(eventLoop); aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS); }}

aeProcessEvents会调用aeApiPoll方法来获得就绪的文件描述符，然后执行文件描述符关联的的事件处理器

int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags){ int processed = 0, numevents;
#ifdef _WIN32  if (ServiceStopIssued() == TRUE) aeStop(eventLoop);#endif
 /* Nothing to do? return ASAP */ if (!(flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_FILE_EVENTS)) return 0;
 /* Note that we want call select() even if there are no * file events to process as long as we want to process time * events, in order to sleep until the next time event is ready * to fire. */ if (eventLoop->maxfd != -1 || ((flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_DONT_WAIT))) { int j; aeTimeEvent *shortest = NULL; struct timeval tv, *tvp;
 if (flags & AE_TIME_EVENTS && !(flags & AE_DONT_WAIT)) shortest = aeSearchNearestTimer(eventLoop); if (shortest) { long now_sec, now_ms;
 /* Calculate the time missing for the nearest * timer to fire. */ aeGetTime(&now_sec, &now_ms); tvp = &tv; tvp->tv_sec = shortest->when_sec - now_sec; if (shortest->when_ms < now_ms) { tvp->tv_usec = ((shortest->when_ms+1000) - now_ms)*1000; tvp->tv_sec --; } else { tvp->tv_usec = (shortest->when_ms - now_ms)*1000; } if (tvp->tv_sec < 0) tvp->tv_sec = 0; if (tvp->tv_usec < 0) tvp->tv_usec = 0; } else { /* If we have to check for events but need to return * ASAP because of AE_DONT_WAIT we need to set the timeout * to zero */ if (flags & AE_DONT_WAIT) { tv.tv_sec = tv.tv_usec = 0; tvp = &tv; } else { /* Otherwise we can block */ tvp = NULL; /* wait forever */ } }
 numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp); for (j = 0; j < numevents; j++) { aeFileEvent *fe; int mask = eventLoop->fired[j].mask; int fd = eventLoop->fired[j].fd; int rfired = 0;
 fe = &eventLoop->events[eventLoop->fired[j].fd];
 /* note the fe->mask & mask & ... code: maybe an already processed * event removed an element that fired and we still didn't * processed, so we check if the event is still valid. */ if (fe->mask & mask & AE_READABLE) { rfired = 1; fe->rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask); } if (fe->mask & mask & AE_WRITABLE) { if (!rfired || fe->wfileProc != fe->rfileProc) fe->wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask); } processed++; } } /* Check time events */ if (flags & AE_TIME_EVENTS) processed += processTimeEvents(eventLoop);//处理延迟任务
 return processed; /* return the number of processed file/time events */}