跟着大彬读源码 - Redis 4 - 服务器的事件驱动有什么含义？（上）

众所周知，Redis 服务器是一个事件驱动程序。那么事件驱动对于 Redis 而言有什么含义？源码中又是如何实现事件驱动的呢？今天，咱们一块儿来认识下 Redis 服务器的事件驱动。

对于 Redis 而言，服务器须要处理如下两类事件：

• 文件事件（file event）：Redis 服务器经过套接字与客户端进行链接，而文件事件就是服务器对套接字操做的抽象。服务器与客户端的通讯会产生相应的文件事件，而服务器则经过监听并处理这些事件来完成一系列的网络通讯操做。
• 时间时间（time event）：Redis 服务器中的一些操做（好比 serverCron 函数）须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操做的抽象。

接下来，咱们先来认识下文件事件。

Redis 基于 Reactor 模式开发了本身的网络事件处理器，这个处理器被称为文件事件处理器（file event handler）：

• 文件事件处理器使用 IO 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一样的事件处理器。
• 当被监听的套接字准备好执行链接应答（accept）、读取（read）、写入（write）、关闭（close）等操做时，与操做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以前关联好的事件处理器来处理这些事件。

虽然文件处理器以单线程方式运行，但经过 IO 多路复用程序监听多个套接字，既实现了高性能的网络通讯模型，又能够很好的与 Redis 服务器中其它一样以单线程运行的模块进行对接，保持了 Redis 内部单线程设计的简洁。

1 文件事件处理器的构成

图 1 展现了文件事件处理器的四个组成部分：

• 套接字；
• IO 多路复用程序；
• 文件事件分派器（dispatcher）；
• 事件处理器；

文件事件是对套接字的抽象。每当一个套接字准备好执行链接应答（accept）、写入、读取、关闭等操做时，就好产生一个文件事件。由于一个服务器一般会链接多个套接字，因此多个文件事件有可能会并发的出现。

而 IO 多了复用程序负责监听多个套接字，并向文件事件分派器分发那些产生事件的套接字。

尽管多个文件事件可能会并发的出现，但 IO 多路复用程序老是会将全部产生事件的套接字都放到一个队列里面，而后经过这个队列，以有序、同步的方式，把每个套接字传输给文件事件分派器。当上一个套接字产生的事件被处理完毕以后（即，该套接字为事件所关联的事件处理器执行完毕），IO 多路复用程序才会继续向文件事件分派器传送下一个套接字。如图 2 所示：

文件事件分派器接收 IO 多路复用程序传来的套接字，并根据套接字产生的事件类型，调用相应的事件处理器。

服务器会为执行不一样任务的套接字关联不一样的事件处理器。这些处理器本质上就是一个个函数。它们定义了某个事件发生时，服务器应该执行的动做。

2 IO 多路复用程序的实现

Redis 的 IO 多路复用程序的全部功能都是经过包装常见的 select、epoll、evport 和 kqueue 这些 IO 多路复用函数库来实现的。每一个 IO 多路复用函数库在 Redis 源码中都对应一个单独的文件，好比 ae_select.c、ae_poll.c、ae_kqueue.c 等。

因为 Redis 为每一个 IO 多路复用函数库都实现了相同的 API，因此 IO 多路复用程序的底层实现是能够互换的，如图 3 所示：

Redis 在 IO 多路复用程序的实现源码中用 #include 宏定义了相应的规则，**程序会在编译时自动选择系统中性能最高的 IO 多路复用函数库来做为 Redis 的 IO 多路复用程序的底层实现，这保证了 Redis 在各个平台的兼容性和高性能。对应源码以下：

/* Include the best multiplexing layer supported by this system.
 * The following should be ordered by performances, descending. */
#ifdef HAVE_EVPORT
#include "ae_evport.c"
#else
    #ifdef HAVE_EPOLL
    #include "ae_epoll.c"
    #else
        #ifdef HAVE_KQUEUE
        #include "ae_kqueue.c"
        #else
        #include "ae_select.c"
        #endif
    #endif
#endif

3 事件的类型

IO 多路复用程序能够监听多个套接字的 ae.h/AE_READABLE 和 ae.h/AE_WRITABLE 事件，这两类事件和套接字操做之间有如下对应关系：

• 当服务器套接字变得可读时，套接字会产生 AE_READABLE 事件。此处的套接字可读，是指客户端对套接字执行 write、close 操做，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 connect 操做），套接字会产生 AE_READABLE 事件。
• 当服务器套接字变得可写时，套接字会产生 AE_WRITABLE 事件。

IO 多路复用程序容许服务器同时监听套接字的 AR_READABLE 事件和 AE_WRITABLE 事件。若是一个套接字同时产生了两个事件，那么文件分派器会优先处理 AE_READABLE 事件，而后再处理 AE_WRITABLE 事件。简单来讲，若是一个套接字既可读又可写，那么服务器将先读套接字，后写套接字。

4 文件事件处理器

Redis 为文件事件编写了多个处理器，这些事件处理器分别用于实现不一样的网络通讯需求。好比说：

• 为了对链接服务器的各个客户端进行应答，服务器要为监听套接字关联链接应答处理器。
• 为了接收客户端传了的命令请求，服务器要为客户端套接字关联命令请求处理器。
• 为了向客户端返回命令执行结果，服务器要为客户端套接字关联命令回复处理器。
• 当主服务器和从服务器进行复制操做时，主从服务器都须要关联复制处理器。

在这些事件处理器中，服务器最经常使用的是与客户端进行通讯的链接应答处理器、命令请求处理器和命令回复处理器。

1）链接应答处理器

networking.c/acceptTcpHandle 函数是 Redis 的链接应答处理器，这个处理器用于对链接服务器监听套接字的客户端进行应答，具体实现为 sys/socket.h/accept 函数的包装。

当 Redis 服务器进行初始化的时候，程序会将这个链接应答处理器和服务器监听套接字的 AE_READABLE 事件关联。对应源码以下

# server.c/initServer
...
/* Create an event handler for accepting new connections in TCP and Unix
 * domain sockets. */
for (j = 0; j < server.ipfd_count; j++) {
    if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE,
        acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR)
        {
            serverPanic(
                "Unrecoverable error creating server.ipfd file event.");
        }
}
...

当有客户端用 sys/scoket.h/connect 函数链接服务器监听套接字时，套接字就会产生 AE_READABLE 事件，引起链接应答处理器执行，并执行相应的套接字应答操做。如图 4 所示：

2）命令请求处理器
networking.c/readQueryFromClient 函数是 Redis 的命令请求处理器，这个处理器负责从套接字中读入客户端发送的命令请求内容，具体实现为 unistd.h/read 函数的包装。

当一个客户端经过链接应答处理器成功链接到服务器以后，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起来（networking.c/acceptCommonHandler 函数）。

当客户端向服务器发送命令请求的时候，套接字就会产生 AR_READABLE 事件，引起命令请求处理器执行，并执行相应的套接字读入操做，如图 5 所示：

在客户端链接服务器的整个过程当中，服务器都会一直为客户端套接字的 AE_READABLE 事件关联命令请求处理器。

3）命令回复处理器
networking.c/sendReplToClient 函数是 Redis 的命令回复处理器，这个处理器负责将服务器执行命令后获得的命令回复经过套接字返回给客户端。

当服务器有命令回复须要发给客户端时，服务器会将客户端套接字的 AE_WRITABLE 事件和命令回复处理器关联（networking.c/handleClientsWithPendingWrites 函数）。

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_WRITABLE 事件，引起命令回复处理器执行，并执行相应的套接字写入操做。如图 6 所示：

当命令回复发送完毕以后，服务器就会解除命令回复处理器与客户端套接字的 AE_WRITABLE 事件的关联。对应源码以下：

# networking.c/writeToClient
...
if (!clientHasPendingReplies(c)) {
    c->sentlen = 0;
    # buffer 缓冲区命令回复已发送，删除套接字和事件的关联
    if (handler_installed) aeDeleteFileEvent(server.el,c->fd,AE_WRITABLE);

    /* Close connection after entire reply has been sent. */
    if (c->flags & CLIENT_CLOSE_AFTER_REPLY) {
        freeClient(c);
        return C_ERR;
    }
}
...

5 客户端与服务器链接事件

以前咱们经过 debug 的形式大体认识了客户端与服务器的链接过程。如今，咱们站在文件事件的角度，再一次来追踪 Redis 客户端与服务器进行链接并发送命令的整个过程，看看在过程当中会产生什么事件，这些事件又是如何被处理的。

先来看客户端与服务器创建链接的过程：

1. 先启动咱们的 Redis 服务器（127.0.0.1-8379）。成功启动后，服务器套接字（127.0.0.1-8379） AE_READABLE 事件正处于被监听状态，而该事件对应链接应答处理器。（server.c/initServer()）。
2. 使用 redis-cli 链接服务器。这是，服务器套接字（127.0.0.1-8379）将产生 AR_READABLE 事件，触发链接应答处理器执行（networking.c/acceptTcpHandler()）。
3. 对客户端的链接请求进行应答，建立客户端套接字，保存客户端状态信息，并将客户端套接字的 AE_READABLE 事件与命令请求处理器（networking.c/acceptCommonHandler()）进行关联，使得服务器能够接收该客户端发来的命令请求。

此时，客户端已成功与服务器创建链接了。上述过程，咱们仍然能够用 gdb 调试，查看函数的执行过程。具体调试过程以下：

gdb ./src/redis-server
(gdb) b acceptCommonHandler    # 给 acceptCommonHandler 函数设置断点
(gdb) r redis-conf --port 8379 # 启动服务器

另外开一个窗口，使用 redis-cli 链接服务器：redis-cli -p 8379

回到服务器窗口，咱们会看到已进入 gdb 调试模式，输入：info stack，能够看到如图 6 所示的堆栈信息。

如今，咱们再来认识命令的执行过程：

1. 客户端向服务器发送一个命令请求，客户端套接字产生 AE_READABLE 事件，引起命令请求处理器（readQueryFromClient）执行，读取客户端的命令内容；
2. 根据客户端发送命令内容，格式化客户端 argc、argv 等相关值属性值；
3. 根据命令名称查找对应函数。server.c/processCommad() 中 lookupCommand 函数调用；
4. 执行与命令名关联的函数，得到返回结果，客户端套接字产生 。server.c/processCommad() 中 call 函数调用。
5. 返回命令回复，删除客户端套接字与 AE_WRITABLE 事件的关联。network.c/writeToClient() 函数。

图 7 展现了命令执行过程的堆栈信息。图 8 则展现了命令回复过程的堆栈信息。

总结

1. Redis 服务器是一个事件驱动程序，服务器处理的事件分为时间事件和文件事件两类。
2. 文件事件是对套接字操做的抽象。**每次套接字变得可应答（acceptable）、可写（writable）或者可读（readable）时，相应的文件事件就会产生。
3. 文件事件分为 AE_READABLE 事件（读事件）和 AE_WRITABLE 事件（写事件）两类。