Redis中事件驅(qū)動模型示例詳解
前言
Redis 是一個事件驅(qū)動的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫,服務(wù)器需要處理兩種類型的事件。
- 文件事件
- 時間事件
下面就會介紹這兩種事件的實(shí)現(xiàn)原理。
文件事件
Redis 服務(wù)器通過 socket 實(shí)現(xiàn)與客戶端(或其他redis服務(wù)器)的交互,文件事件就是服務(wù)器對 socket 操作的抽象。 Redis 服務(wù)器,通過監(jiān)聽這些 socket 產(chǎn)生的文件事件并處理這些事件,實(shí)現(xiàn)對客戶端調(diào)用的響應(yīng)。
Reactor
Redis 基于 Reactor 模式開發(fā)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(fù)用模塊”會監(jiān)聽多個 FD ,當(dāng)這些FD產(chǎn)生,accept,read,write 或 close 的文件事件。會向“文件事件分發(fā)器(dispatcher)”傳送事件。
文件事件分發(fā)器(dispatcher)在收到事件之后,會根據(jù)事件的類型將事件分發(fā)給對應(yīng)的 handler。
我們順著圖,從上到下的逐一講解 Redis 是怎么實(shí)現(xiàn)這個 Reactor 模型的。
I/O 多路復(fù)用模塊
Redis 的 I/O 多路復(fù)用模塊,其實(shí)是封裝了操作系統(tǒng)提供的 select,epoll,avport 和 kqueue 這些基礎(chǔ)函數(shù)。向上層提供了一個統(tǒng)一的接口,屏蔽了底層實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。
一般而言 Redis 都是部署到 Linux 系統(tǒng)上,所以我們就看看使用 Redis 是怎么利用 linux 提供的 epoll 實(shí)現(xiàn)I/O 多路復(fù)用。
首先看看 epoll 提供的三個方法:
/* * 創(chuàng)建一個epoll的句柄,size用來告訴內(nèi)核這個監(jiān)聽的數(shù)目一共有多大 */ int epoll_create(int size); /* * 可以理解為,增刪改 fd 需要監(jiān)聽的事件 * epfd 是 epoll_create() 創(chuàng)建的句柄。 * op 表示 增刪改 * epoll_event 表示需要監(jiān)聽的事件,Redis 只用到了可讀,可寫,錯誤,掛斷 四個狀態(tài) */ 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(chuàng)建的句柄。 * epoll_event 用來存放從內(nèi)核得到事件的集合 * maxevents 獲取的最大事件數(shù) * 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(tài) */ typedef struct aeApiState { // epoll_event 實(shí)例描述符 int epfd; // 事件槽 struct epoll_event *events; } aeApiState; /* * 創(chuàng)建一個新的 epoll */ static int aeApiCreate(aeEventLoop *eventLoop) /* * 調(diào)整事件槽的大小 */ static int aeApiResize(aeEventLoop *eventLoop, int setsize) /* * 釋放 epoll 實(shí)例和事件槽 */ static void aeApiFree(aeEventLoop *eventLoop) /* * 關(guān)聯(lián)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(zhí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)的 I/O 復(fù)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(guān)注的是事件處理器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
typedef struct aeFileEvent { // 監(jiān)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(fù)用庫的私有數(shù)據(jù) 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(jiān)聽類型和aeWait等待某個fd 直到超時或者達(dá)到某個狀態(tài)。
事件分發(fā)器(dispatcher)
Redis 的事件分發(fā)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(fā)相關(guān)的出部分代碼,dispather 根據(jù) mask 調(diào)用不同的事件處理器。
//從 epoll 中獲關(guān)注的事件 numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp); for (j = 0; j < numevents; j++) { // 從已就緒數(shù)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(zhí)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(fā)器,根據(jù) mask 的不同將事件分別分發(fā)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(yīng)答處理器,負(fù)責(zé)處理連接相關(guān)的事件,當(dāng)有client 連接到Redis的時候們就會產(chǎn)生 AE_READABLE 事件。引發(fā)它執(zhí)行。
- readQueryFromClinet 命令請求處理器,負(fù)責(zé)讀取通過 sokect 發(fā)送來的命令。
- sendReplyToClient 命令回復(fù)處理器,當(dāng)Redis處理完命令,就會產(chǎn)生 AE_WRITEABLE 事件,將數(shù)據(jù)回復(fù)給 client。
文件事件實(shí)現(xiàn)總結(jié)
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(shí)現(xiàn),下面將會介紹時間時間的實(shí)現(xiàn)。
時間事件
Reids 有很多操作需要在給定的時間點(diǎn)進(jìn)行處理,時間事件就是對這類定時任務(wù)的抽象。
先看時間事件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
/* Time event structure * * 時間事件結(jié)構(gòu) */ typedef struct aeTimeEvent { // 時間事件的唯一標(biāo)識符 long long id; /* time event identifier. */ // 事件的到達(dá)時間 long when_sec; /* seconds */ long when_ms; /* milliseconds */ // 事件處理函數(shù) aeTimeProc *timeProc; // 事件釋放函數(shù) aeEventFinalizerProc *finalizerProc; // 多路復(fù)用庫的私有數(shù)據(jù) void *clientData; // 指向下個時間事件結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)??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(shù)處理所有的時間事件,我們整理一下執(zhí)行思路:
- 記錄最新一次執(zhí)行這個函數(shù)的時間,用于處理系統(tǒng)時間被修改產(chǎn)生的問題。
- 遍歷鏈表找出所有 when_sec 和 when_ms 小于現(xiàn)在時間的事件。
- 執(zhí)行事件對應(yīng)的處理函數(shù)。
- 檢查事件類型,如果是周期事件則刷新該事件下一次的執(zhí)行事件。
- 否則從列表中刪除事件。
綜合調(diào)度器(aeProcessEvents)
綜合調(diào)度器是 Redis 統(tǒng)一處理所有事件的地方。我們梳理一下這個函數(shù)的簡單邏輯:
// 1. 獲取離當(dāng)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(jīng)有需要執(zhí)行的時間事件了。 if(timeval < 0){ timeval = 0 } // 3. 在 timeval 時間內(nèi),取出文件事件。 numevents = aeApiPoll(eventLoop, timeval); // 4.根據(jù)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(zhí)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(zhí)行的函數(shù),那么運(yùn)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(diào)用了 eaMain:
int main(int argc, char **argv) { //一些配置和準(zhǔn)備 ... aeMain(server.el); //結(jié)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(zhí)行了一些配置和準(zhǔn)備以后就調(diào)用 eaMain() 方法。
- eaMain() while(true) 的調(diào)用 aeProcessEvents()。
所以我們說 Redis 是一個事件驅(qū)動的程序,期間我們發(fā)現(xiàn),Redis 沒有 fork 過任何線程。所以也可以說 Redis 是一個基于事件驅(qū)動的單線程應(yīng)用。
總結(jié)
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(yīng)用?
為什么 Redis 是一個單線程應(yīng)用,卻有如此高的性能?
如果你用本文提供的知識點(diǎn)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(nèi)容了,希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)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。
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