Redis源码简要分析

在文章的开头我们把所有服务端文件列出来，并且标示出其作用：
adlist.c //双向链表
ae.c //事件驱动
ae_epoll.c //epoll接口, linux用
ae_kqueue.c //kqueue接口, freebsd用
ae_select.c //select接口, windows用
anet.c //网络处理
aof.c //处理AOF文件
config.c //配置文件解析
db.c //DB处理
dict.c //hash表
intset.c //转换为数字类型数据
multi.c //事务，多条命令一起打包处理
networking.c //读取、解析和处理客户端命令
object.c //各种对像的创建与销毁,string、list、set、zset、hash
rdb.c //redis数据文件处理
redis.c //程序主要文件
replication.c //数据同步master-slave
sds.c //字符串处理
sort.c //用于list、set、zset排序
t_hash.c //hash类型处理
t_list.c //list类型处理
t_set.c //set类型处理
t_string.c //string类型处理
t_zset.c //zset类型处理
ziplist.c //节省内存方式的list处理
zipmap.c //节省内存方式的hash处理
zmalloc.c //内存管理
上面基本是redis最主要的处理文件，部分没有列出来，如VM之类的，就不在这里讲了。
首先我们来回顾一下redis的一些基本知识:
1、redis有N个DB(默认为16个DB),并且每个db有一个hash表负责存放key,同一个DB不能有相同的KEY，但是不同的DB可以相同的KEY;
2、支持的几种数据类型：string、hash、list、set、zset;
3、redis可以使用aof来保存写操作日志(也可以使用快照方式保存数据文件)

对于数据类型在这里简单的介绍一下(网上有图，下面我贴上图片可能更容易理解)
1、对于一个string对像，直接存储内容;
2、对于一个hash对像，当成员数量少于512的时候使用zipmap(一种很省内存的方式实现hash table),反之使用hash表(key存储成员名,value存储成员数据);
3、对于一个list对像，当成员数量少于512的时候使用ziplist(一种很省内存的方式实现list),反之使用双向链表(list);
4、对于一个set对像，使用hash表(key存储数据,内容为空)
5、对于一个zset对像,使用跳表(skip list),关于跳表的相关内容可以查看本blog的跳表学习笔记;

下面正式进入源代码的分析
1、首先是初始化配置,initServerConfig(redis.c:759)
void initServerConfig() {
server.port = REDIS_SERVERPORT;
server.bindaddr = NULL;
server.unixsocket = NULL;
server.ipfd = -1;
server.sofd = -1;
2.在初始化配置中调用了populateCommandTable(redis.c:925)函数,该函数的目地是将命令集分布到一个hash table中,大家可以看到每一个命令都对应一个处理函数，因为redis支持的命令集还是蛮多，所以如果要靠if分支来做命令处理的话即繁琐效率还底， 因此放到hash table中，在理想的情况下只需一次就能定位命令的处理函数。
void populateCommandTable(void) {
int j;
int numcommands = sizeof(readonlyCommandTable)/sizeof(struct redisCommand);

for (j = 0; j < numcommands; j++) {
struct redisCommand *c = readonlyCommandTable+j;
int retval;

retval = dictAdd(server.commands, sdsnew(c->name), c);
assert(retval == DICT_OK);
}
}

3、对参数的解析,redis-server有一个参数(可以不需要),这个参数是指定配置文件路径,然后由函数loadServerConfig(config.c:28)加载所有配置
if (argc == 2) {
if (strcmp(argv[1], “-v”) == 0 ||
strcmp(argv[1], “–version”) == 0) version();
if (strcmp(argv[1], “–help”) == 0) usage();
resetServerSaveParams();
loadServerConfig(argv[1]);

4、初始化服务器initServer(redis.c:836), 该函数初始化一些服务器信息，包括创建事件处理对像、db、socket、客户端链表、公共字符串等。
void initServer() {
int j;

signal(SIGHUP, SIG_IGN);
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
setupSignalHandlers();//设置信号处理

if (server.syslog_enabled) {
openlog(server.syslog_ident, LOG_PID | LOG_NDELAY | LOG_NOWAIT,
server.syslog_facility);
}
5、在上面初始化服务器中有一段代码是创建事件驱动，aeCreateTimeEvent是创建一个定时器，下面创建的定时器将会每毫秒调用 serverCron函数，而aeCreateFileEvent是创建网络事件驱动，当server.ipfd和server.sofd有数据可读的情 况将会分别调用函数acceptTcpHandler和acceptUnixHandler。
aeCreateTimeEvent(server.el, 1, serverCron, NULL, NULL);
if (server.ipfd > 0 && aeCreateFileEvent(server.el,server.ipfd,AE_READABLE,
acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR) oom(“creating file event”);
if (server.sofd > 0 && aeCreateFileEvent(server.el,server.sofd,AE_READABLE,
acceptUnixHandler,NULL) == AE_ERR) oom(“creating file event”);

6、接下来就是初始化数据，如果开启了AOF，那么会调用loadAppendOnlyFile(aof.c:216)去加载AOF文件，在AOF 文件中存放了客户端的命令，函数将数据读取出来然后依次去调用命令集去处理，当AOF文件很大的时候势必为影响客户端的请求，所以每处理1000条命令就 会去尝试接受和处理客户端的请求，其代码在aof.c第250行; 但是如果没有开启AOF并且有rdb的情况，会调用rdbLoad(redis.c:873)尝试去加载rdb文件，理所当然的在加载rdb文件的内部也 会考虑文件太大而影响客户端请求，所以跟AOF一样，每处理1000条也会尝试去接受和处理客户端请求。

7、当所有初始化工作做完之后，服务端就开始正式工作了
aeSetBeforeSleepProc(server.el,beforeSleep);
aeMain(server.el);

8、大家都知道redis是单线程模式，所有的请求、处理都是在同一个线程里面进行，也就是一个无限循环，在这个无限循环的内部有两件事要做，第一 件就是调用通过aeSetBeforeSleepProc函数设置的回调函数，第二件就是开始接受客户端的请求和处理，所以我们可以在第7节看到设置了回 调函数为beforeSleep，但是这个beforeSleep到底有什么作用呢？我们在第9节再详细讲述。对于aeMain(ae.c:375)就是 整个程序的主要循环。
void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) {
eventLoop->stop = 0;
while (!eventLoop->stop) {
if (eventLoop->beforesleep != NULL)
eventLoop->beforesleep(eventLoop);
aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS);
}
}
9、在beforeSleep内部一共有三部分，第一部分对vm进行处理(即第一个if块)，这里我们略过；第二部分是释放客户端的阻塞操作，在 redis里有两个命令BLPOP和BRPOP需要使用这些操作（弹出列表头或者尾，实现方式见t_list.c:862行的 blockingPopGenericCommand函数），当指定的key不存在或者列表为空的情况下，那么客户端会一直阻塞，直到列表有数据时，服务 端就会去执行lpop或者rpop并返回给客户端，那么什么时候需要用到BLPOP和BRPOP呢？大家平时肯定用redis做过队列，最常见的处理方式 就是使用llen去判断队列有没有数据，如果有数据就去取N条，然后处理，如果没有就sleep(3)，然后继续循环，其实这里就可以使用BLPOP或者 BRPOP来轻松实现，而且可以减少请求，具体怎么实现留给大家思考；第三部分就是flushAppendOnlyFile(aof.c:60)，这个函 数主要目的是将aofbuf的数据写到文件，那aofbuf是什么呢？他是AOF的一个缓冲区，所以客户端的命令都会在处理完后把这些命令追加到这个缓冲 区中，然后待一轮数据处理完之后统一写到文件(所以aof也是不能100%保证数据不丢失的，因为如果当redis正在处理这些命令的情况下服务就挂掉， 那么这部分的数据是没有保存到硬盘的)，大家都知道写数据到文件并不是立即写到硬盘，只是保存到一个文件缓冲区中，什么情况下会把缓冲区的数据转到硬盘 呢？只要满足如下三种条件的一种就能将数据真正存到硬盘：1、手动调用刷新缓冲区；2、缓冲区已满；3、程序正常退出。因此redis将数据写到文件缓冲 区之后会判断是否需要刷到硬盘，server.appendfsync有两种方式，第一种(APPENDFSYNC_ALWAYS)：无条件刷新，即每次 写文件都会保存到硬盘，第二种(APPENDFSYNC_EVERYSEC)：每隔一秒保存到硬盘。

10、接下来我们开始讲解aeProcessEvents(ae.c:275)的处理流程，首先我们来回顾一下第5节设置的定时器和监听 socket事件处理，其中socket事件处理会回调acceptTcpHandler(networking.c:410)和定时器回调函数 serverCron(redis.c:519)，在aeProcessEvents的内部有两部分需要处理，第一部分是调用aeApiPoll判断 socket是否有数据可读，整个服务端的socket里面要分监听socket和客户端socket，当有客户端链接服务器时，会触发监听socket 的事件处理函数，也就是acceptTcpHandler，而acceptTcpHandler会去调用 createClient(networking.c:13)创建客户端对像，然后为这个客户端设置事件处理函数 readQueryFromClient(networking.c:827)，所以当客户端有消息时就会触发客户端socket 事件处理函数，处理数据部分讲在后面详细讲解，接下来的第二部分就是定时器，每次在socket部分处理完后就用调用 processTimeEvents(ae.c:212)来处理定时器，那么内部实现也很简单，当设置定时器的时候就会计算好应该触发的时间，所以这里就 只需要判断当前时间是否大于或者等于应该触发的时间即可。那么这个定时器到底做了什么呢？请继续第11节。

11、我们继续跟踪源代码serverCron(redis.c:519)，整个函数分为七个部分，第一部分：在服务端打印一些关于DB的信息(包 括key数量，内存使用量等)；第二部分：判断DB的hash table是否需要扩展大小tryResizeHashTables(redis.c:432)；第三部分：关闭太长时间没有通信的链接 closeTimedoutClients(networking.c:629)；第四部分：保存rdb文件rdbSaveBackground(rdb.c:507)，当然也是在需要保存的情况才会保存，即设置save参数；第五部分：清除过期的key，当然 这里不是清除全部，他只是随机取出一些activeExpireCycle(redic.c:477)；第六部分：虚拟内存交换部分，将一部分key转到 虚拟内存中，这里的key也是随机抽取的, vmSwapOneObjectBlocking(vm.c:521)；第七部分：主从同 步，replicationCron(replication.c:500)。

12、在第10节中我们讲到客户端socket处理函数readQueryFromClient,这里我们一层层分析，首先是从客户端读取数据，然 后调用processInputBuffer，在内部先是判断类型，然后调用processInlineBuffer或者 processMultibulkBuffer解析参数，解析后的参数由argv存储参数，其类型是一个指向指针的指针，其中argv[0]是命令名称， 后面就是命令参数，argc存储参数数量；然后调用processCommand(redis.c:979)处理命令，在内部调用 lookupCommand(redis.c:940)获取命令对应的函数，然后调用freeMemoryIfNeeded(redis.c:1385) 判断是否需要释放一些内存，接下来就是调用call(redis.c:954)去执行命令，执行命令后会调用 feedAppendOnlyFile(aof.c:137)把命令行保存到aofbuf中，然后判断是否需要同步数据到slave，如果需要则调用 replicationFeedSlaves(replication.c:10)，接下来就是判断是否需要将数据发送到监控端，如果需要则调用replicationFeedMonitors(replication.c:82)，到这里整个服务流程就结束了。至于每条命令如何执行，大家可以去 查看以t_开头的几个文件。下面是一张整个服务的流程图。

注：redis源代码为2.2.8,希望大家看文章的时候配合源代码一起看，更容易理解