Redis阻塞操作实现原理

最近一位朋友问到：既然Redis是单线程的工作模式，那像BLPOP这样的阻塞操作又是然后实现的呢？

接下来分别从服务端和客户端来阐述这一逻辑的实现原理。

Redis Server：
redis实现了一套事件触发模型，主要处理两种事件：I/O事件（文件事件）和定时事件。而处理它们的就靠一个EventLoop线程。同时redis还提供了丰富的数据结构，今天我们要分析的主要是List数据结构中的阻塞命令。
先来看看BLPOP的源码（做了精简，只看主要的部分，详细的可以看文尾提供的参考链接）：
t_list.c

t_list.c_1.png

t_list.c_2.png

上面代码表明：如果客户端发来一个blpop key命令，redis先找到对应的key的list，如果list不为空则pop一个数据返回给客户端；如果对应的list不存在或者里面没有数据，就将该key添加到一个blockling_keys的字典中，value就是想订阅该key的client链表。此时对应的client的为block状态，且i/o channel里面没有写入数据。

既然是list数据结构，当然有push数据的操作：
同样是t_list.c

t_list.c_3.png

t_list.c_4.png

上面代码表明：如果客户端发来一个repush key value命令，先从blocking_keys中查找是否存在对应的key，如果存在就往ready_keys这个链表中添加该key；同时将value插入到对应的list中，并响应客户端。

从上面的分析来看，主要是blocking_keys和ready_keys的作用，那何时才会处理它们呢？ 我们知道redis全靠EventLoop来处理所以的I/O事件，我们来看看所以命令的处理入口：
redis.c

redis.c_1.png

t_list.c_5.png

t_list.c_6.png

上面代码表明：每次处理完客户端命令后都会遍历ready_keys，并通过blocking_keys找到对应的client，依次将对应list的数据pop出来并响应对应的client；同时检查是否需要再次block。

这样一来整个流程就清晰了。redis就是通过blocking_keys和ready_keys两个数据结构来实现的阻塞操作。但整个阻塞并没有阻塞EventLoop本身，从而实现命令的快速响应。算是一个典型的空间换时间的设计思路。

接下来再看看客户端如何实现一个阻塞的I/O请求。
Client：
这里我们分两种I/O模型来阐述：阻塞I/O（BIO）和非阻塞I/O（NIO）。
BIO，以Jedis为例。
BinaryJedis.java

BinaryJedis.java.png

可以看出一个blpop请求会向redis发起两次I/O请求，一次向redis发送BLPOP key命令，一次从对应的链接管道（channel）中读取数据。由于BIO的特性当channel中没有数据时会一直阻塞，直到有新数据为止。这样就实现了客户端的阻塞效果。
注意：这里的链接是被独享的，不然会有数据干扰。

NIO的实现就稍微复杂一些，这里分两种情况（以netty为例）：
不带RquestID的实现方式
伪代码如下：

不带RquestID.png

由于NIO的特性read和write是两个I/O事件，要分别等待selector来触发，所以不能像BIO那样连续发起两次I/O操作。再加上没有requesID，当read到数据时无法找到之前对应的发起者，所以这里的链接也必须是独享的，同时由一个只能包含一个元素的阻塞队列LinkedBlockingQueue来实现阻塞的效果。

带RequestID的实现方式
伪代码如下：

带RequestID.png

这里因为reqeust和response数据结构里都有带上了requestId，并且在链接对象上缓存了requestId和响应future的对应关系，因此链接可以不用独享。

到处，整个阻塞的实现原理分析完毕。

参考链接：
带注解的redis源码：
https://github.com/huangz1990/annotated_redis_source/blob/unstable/src/t_list.c https://github.com/huangz1990/annotated_redis_source/blob/unstable/src/redis.c
IO - 同步，异步，阻塞，非阻塞 （亡羊补牢篇）
http://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378