redis的事件机制

前言

了解redis的事件机制，有助于知道redis整体的脉络，以及好的设计理念

一：整体概述

Redis服务器是一个事件驱动程序，主要处理以下两大类事件：

• 文件事件（file event）：redis服务器通过套接字与客户端（或者其他redis服务器）进行连接，而文件事件就是服务器对套接字操作的抽象。服务器与他们的通信会产生相应的文件事件（都有哪些，下边会说明），而服务器则通过监听并处理这些事件来完成一系列网络通信操作。

• 时间事件（time event）：redis服务器中的一些操作（比如serverCron函数）需要在给定的时间点执行，而时间事件就是服务器对这类定时事件对抽象。

  套接字解释：其实就是Socket，生成套接字主要有3个参数：通信的目的IP地址、使用的传输 层协议(TCP或UDP)和使用的端口号；Socket原意是“插座”。通过将这3个参数结合起来，与一个“插座”Socket绑定，应用层就可以和传输层通过套接字接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

二：文件事件

Redis基于Reactor模式开发了自己的网络事件处理器：这个事件处理器倍成为文件事件处理器（file event handler）：

• 文件事件处理器使用I/O多路复用程序来同时监听多个套接字，并根据套接字目前执行的任务来为套接字关联不同的事件处理器（重要）。
• 当被监听的套接字准备好执行连接应答（accept）,读取(read)，写入(write)，关闭(close)等操作时，与操作相对应的文件事件就会产生，这时文件事件处理器就会调用套接字之前关联好的事件处理器来处理这些事件。

虽然文件事件处理器以单线程方式运行，但通过使用I/O多路复用程序来监听多个套接字，文件事件处理器即实现了高性能的网络通信模型，又可以很好地与redis服务器中其他同样以单线程方式运行的模块进行对接，这保持了redis内部单线程设计的简单性。

2.1 文件事件处理器的构成

文件事件处理器主要有四个部分组成，分别是套接字，I/O多路复用程序，文件事件分配器（dispatcher）,以及事件处理器。

因为一个服务器通常会连接多个套接字，所以多个文件事件有可能会并发地出现。I/O多路复用程序负责监听多个套接字，并向文件事件分派器传送那些产生了事件的套接字。

尽管多个文件时间可能会并发的出现，但是I/O多路复用程序总是会将所有产生事件的套接字都放到一个队列里边，然后通过这个队列，以有序，同步，每次一个套接字的方式向文件事件分派器传送套接字。当上一个套接字产生的事件被处理完毕后（该套接字为事件所关联的事件处理器执行完毕），I/O多路复用程序才会继续向文件分派器传送下一个套接字。

2.2 I/O多路复用的实现

Redis的I/O多路复用程序的所有功能都是通过包装常见的select，epoll，evport和kqueue这些I/O多路复用函数库来实现的，每个I/O多路复用函数库在redis源码中都对应一个单独的文件，比如ae_select.c、ae_epoll.c,诸如此类。

因为redis为那个I/O复用函数库都实现了相同的API，所以I/O多路复用程序的底层是可以互换的。

至于如何选择，程序会在编译时候自动选择系统中性能最高的I/O多路复用函数库，判断顺序如下：

ae_evport.c > ae_epoll.c > ae_kqueue.c > ae_select.c

2.3 事件的类型

多路复用可以监听多个套接字的ae_readable事件和ae_writeable事件，这两类事件和套接字操作之间的对应关系如下：

• 当套接字变得可读时（客户端对套接字执行write操作，或者close操作），或者有新的可应答（acceptable）套接字出现时（客户端对服务器的监听套接字执行了connect操作），套接字产生ae_readable事件
• 当套接字变得可写时（客户端对套接字执行read操作），套接字产生ae_writeable事件。

I/O多路复用程序允许服务器同时监听套接字的AE_READABLE事件和AE_WRITEABLE事件，如果一个套接字同时产生了这两种事件，那么文件事件分派器会优先处理AE_READABLE事件，等到AE_READABLE处理完之后，才处理AE_WRITEABLE事件。

2.4 文件事件处理器

redis为文件事件编写了多个处理器，分别用于实现不同的网络通信需求

连接应答处理器

具体实现为sys/socket.h/accept函数，当redis服务器进行初始化的时候，程序会将这个连接应答处理器和服务器监听套接字的AE_READABLE事件关联起来，当有客户端用connect函数连接服务器的监听套接字的时候，套接字会产生AE_READABLE事件，引发连接应答处理器执行相应的套接字应答操作。

命令请求处理器

具体实现为unistd.h/read函数的包装，负责从套接字中读入客户端发送的命令请求内容。

当一个客户端通过连接应答处理器成功连接到服务器之后，服务器会将客户端套接字的AE_READABLE事件和命令请求处理器关联，当客户端向服务器发生命令请求的时候，套接字就会产生AE_READABLE事件，引发命令请求处理器执行，并执行相应的套接字读入操作

在客户端连接服务器的整个过程中，服务器会一致为客户端套接字的AE_READABLE事件关联命令请求处理器。

命令回复处理器

负责将服务器执行命令后得到的命令回复通过套接字返回给客户端，具体实现为uniste.h/write函数。

当服务器有命令回复需要传送给客户端的时候，服务器会将客户端套接字的AE_WRITEABLE事件和命令回复处理器进行关联，当客户端准备好接收服务器传回的命令回复时，就会产生AE_READABLE事件，引发命令回复处理器执行，并执行相应的套接字写入操作。

当命令回复发送完毕之后，服务器就会解除命令回复处理器和客户端套接字的AE_WRITEABLE事件关联。

一次完整的客户端与服务器连接事件实例

两个地方需要注意，一个是监听套接字，一个是客户端套接字

• 监听套接字在服务器初始化的时候，就会将AE_READABLE事件和连接应答处理器进行关联；
• 客户端套接字的产生是在，客户端第一次和服务器连接的时候，连接应答处理器响应后，会创建客户端套接字以及状态，并将客户端套接字的AE_READABLE事件和命令请求处理器进行关联，响应后续客户端的请求。

2.5 文件事件的API

• ae.c/aeCreateFileEvent函数（重点）

  接收一个套接字描述符，一个事件类型，以及一个事件处理器作为参数，将给定套接字的给定事件加入到I/O多路复用程序的监听范围之内，并对事件和事件处理器进行关联。

• ae.c/aeApiPoll函数接收一个sys/time.h/struct，timval结构为参数，并在指定的时间内，阻塞并等待所有被aeCreateFileEvent函数设置为监听状态的套接字产生文件事件，当至少有一个事件产生，或者等待超时后，函数返回。注：这个函数在事件调用执行中被使用

三：时间事件

Redis目前只使用了周期性事件，没有使用定时事件。

默认每秒执行10次，平均每间隔100毫秒执行一次。可以参考redis.conf中的hz选项说明

四：事件的调用与执行

文件事件和时间事件之间是合作关系，服务器会轮流处理这两种时间，过程中也不会进行抢占。