前言

之前寫了一系列文章，已經(jīng)很深入的探討了 Redis 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)，key的過期策略以及 Redis 是怎么處理事件的。所以距離 Redis 的單機實現(xiàn)只差最后一步了，就是 Redis 是怎么處理 client 發(fā)來的命令并返回結(jié)果的，所以我們就仔細討論一下 Redis 是怎么執(zhí)行命令的。

閱讀這篇文章你將會了解到：

• Redis 是怎么執(zhí)行遠程客戶端發(fā)來的命令的

Redis client（客戶端）

Redis 是單線程應(yīng)用，它是如何與多個客戶端簡歷網(wǎng)絡(luò)鏈接并處理命令的？
由于 Redis 是基于 I/O 多路復用技術(shù)，為了能夠處理多個客戶端的請求，Redis 在本地為每一個鏈接到 Redis 服務(wù)器的客戶端創(chuàng)建了一個 redisClient 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含了每個客戶端各自的狀態(tài)和執(zhí)行的命令。 Redis 服務(wù)器使用一個鏈表來維護多個 redisClient 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

在服務(wù)器端用一個鏈表來管理所有的 redisClient。

struct redisServer {
 //...
 list *clients;  /* List of active clients */
 //...
}

所以我就看看 redisClient 包含的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和重要參數(shù)：

typedef struct redisClient {

 // 客戶端狀態(tài)標志
 int flags;  /* REDIS_SLAVE | REDIS_MONITOR | REDIS_MULTI ... */
 
 // 套接字描述符
 int fd;

 // 當前正在使用的數(shù)據(jù)庫
 redisDb *db;

 // 當前正在使用的數(shù)據(jù)庫的 id （號碼）
 int dictid;

 // 客戶端的名字
 robj *name;  /* As set by CLIENT SETNAME */

 // 查詢緩沖區(qū)
 sds querybuf;

 // 查詢緩沖區(qū)長度峰值
 size_t querybuf_peak; /* Recent (100ms or more) peak of querybuf size */

 // 參數(shù)數(shù)量
 int argc;

 // 參數(shù)對象數(shù)組
 robj **argv;

 // 記錄被客戶端執(zhí)行的命令
 struct redisCommand *cmd, *lastcmd;

 // 請求的類型：內(nèi)聯(lián)命令還是多條命令
 int reqtype;

 // 剩余未讀取的命令內(nèi)容數(shù)量
 int multibulklen; /* number of multi bulk arguments left to read */

 // 命令內(nèi)容的長度
 long bulklen;  /* length of bulk argument in multi bulk request */

 // 回復鏈表
 list *reply;

 // 回復鏈表中對象的總大小
 unsigned long reply_bytes; /* Tot bytes of objects in reply list */

 // 已發(fā)送字節(jié)，處理 short write 用
 int sentlen;  /* Amount of bytes already sent in the current
    buffer or object being sent. */

 // 回復偏移量
 int bufpos;
 // 回復緩沖區(qū)
 char buf[REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES];
 // ...
}

這里需要特別的注意，redisClient 并非指遠程的客戶端，而是一個 Redis 服務(wù)本地的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們可以理解這個 redisClient 是遠程客戶端的一個映射或者代理。

flags

flags 表示了目前客戶端的角色，以及目前所處的狀態(tài)。他比較特殊可以單獨表示一個狀態(tài)或者多個狀態(tài)。

querybuf

querybuf 是一個 sds 動態(tài)字符串類型，所謂 buf 說明是它只是一個緩沖區(qū)，用于存儲沒有被解析的命令。

argc argv

上文的 querybuf 是一個沒有處理過的命令，當 Redis 將 querybuf 命令解析以后，會將得出的參數(shù)個數(shù)和以及參數(shù)分別保存在 argc 和 argv 中。argv 是一個 redisObject 的數(shù)組。

cmd

Redis 使用一個字典保存了所有的 redisCommand。key 是 redisCommand 的名字，值就是一個 redisCommand 結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)保存了命令的實現(xiàn)函數(shù)，命令的標志，命令應(yīng)該給定的參數(shù)個數(shù)，命令的執(zhí)行次數(shù)和總消耗時長等統(tǒng)計信息，cmd 是一個 redisCommand。

當 Redis 解析出 argv 和 argc 后，會根據(jù)數(shù)組 argv[0]，到字典中查詢出對應(yīng)的 redisCommand。上文的例子中 Redis 就會去字典去查找 SET 這個命令對應(yīng)的 redisCommand。redis 會執(zhí)行 redisCommand 中命令的實現(xiàn)函數(shù)。

buf bufpos reply

buf 是一個長度為 REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES 的數(shù)組。Redis 執(zhí)行相應(yīng)的操作以后，就會將需要返回的返回的數(shù)據(jù)存儲到 buf 中，bufpos 用于記錄 buf 中已用的字節(jié)數(shù)數(shù)量，當需要恢復的數(shù)據(jù)大于 REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES 時，redis 就會是用 reply 這個鏈表來保存數(shù)據(jù)。

其他參數(shù)

其他參數(shù)大家看注釋就能明白，就是字面的意思。省略的參數(shù)基本上涉及 Redis 集群管理的參數(shù)，在之后的文章中會繼續(xù)講解。

客戶端的鏈接和斷開

上文說過 redisServer 是用一個鏈表來維護所有的 redisClient 狀態(tài)，每當有一個客戶端發(fā)起鏈接以后，就會在 Redis 中生成一個對應(yīng)的 redisClient 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，增加到clients這個鏈表之后。

一個客戶端很可能被多種原因斷開。

總體分為幾種類型：

• 客戶端主動退出或者被 kill。
• timeout 超時。
• Redis 為了自我保護，會斷開發(fā)的數(shù)據(jù)超過限制大小的客戶端。
• Redis 為了自我保護，會斷需要返回的數(shù)據(jù)超過限制大小的客戶端。

調(diào)用總結(jié)

當客戶端和服務(wù)器端的嵌套字變得可讀的時候，服務(wù)器將會調(diào)用命令請求處理器來執(zhí)行以下操作：

1. 讀取嵌套字中的數(shù)據(jù)，寫入 querybuf。
2. 解析 querybuf 中的命令，記錄到 argc 和 argv 中。
3. 根據(jù) argv[0] 查找對應(yīng)的 recommand。
4. 執(zhí)行 recommand 對應(yīng)的實現(xiàn)函數(shù)。
5. 執(zhí)行以后將結(jié)果存入 buf bufpos reply 中，返回給調(diào)用方。

Redis Server (服務(wù)端)

上文是從 redisClient 的角度來觀察命令的執(zhí)行，文章接下來的部分將會從 Redis 的代碼層面，微觀的觀察 Redis 是怎么實現(xiàn)命令的執(zhí)行的。

redisServer 的啟動

在了解redisServer 的工作機制的工作機制之前，需要了解 redisServer 的啟動做了什么：

可以繼續(xù)觀察 Redis 的 main() 函數(shù)。

int main(int argc, char **argv) {
 //...
 // 創(chuàng)建并初始化服務(wù)器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
 initServer();
 //...
}

我們只關(guān)注 initServer() 這個函數(shù)，他負責初始化服務(wù)器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。繼續(xù)跟蹤代碼:

void initServer() {
 //...
 //創(chuàng)建eventLoop
 server.el = aeCreateEventLoop(server.maxclients+REDIS_EVENTLOOP_FDSET_INCR);
 /* Create an event handler for accepting new connections in TCP and Unix
 * domain sockets. */
 // 為 TCP 連接關(guān)聯(lián)連接應(yīng)答（accept）處理器
 // 用于接受并應(yīng)答客戶端的 connect() 調(diào)用
 for (j = 0; j  server.ipfd_count; j++) {
 if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE,
  acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR)
  {
  redisPanic(
   "Unrecoverable error creating server.ipfd file event.");
  }
 }

 // 為本地套接字關(guān)聯(lián)應(yīng)答處理器
 if (server.sofd > 0  aeCreateFileEvent(server.el,server.sofd,AE_READABLE,
 acceptUnixHandler,NULL) == AE_ERR) redisPanic("Unrecoverable error creating server.sofd file event.");
 //...
}

篇幅限制，我們省略了很多與本編文章無關(guān)的代碼，保留了核心邏輯代碼。

在上一篇文章中 《Redis 中的事件驅(qū)動模型》 我們講解過，redis 使用不同的事件處理器，處理不同的事件。

在這段代碼里面：

• 初始化了事件處理器的 eventLoop
• 向 eventLoop 中注冊了兩個事件處理器 acceptTcpHandler 和 acceptUnixHandler，分別處理遠程的鏈接和本地鏈接。

redisClient 的創(chuàng)建

當有一個遠程客戶端連接到 Redis 的服務(wù)器，會觸發(fā) acceptTcpHandler 事件處理器.

acceptTcpHandler 事件處理器，會創(chuàng)建一個鏈接。然后繼續(xù)調(diào)用 acceptCommonHandler。

acceptCommonHandler 事件處理器的作用是：

• 調(diào)用 createClient() 方法創(chuàng)建 redisClient
• 檢查已經(jīng)創(chuàng)建的 redisClient 是否超過 server 允許的數(shù)量的上限
• 如果超過上限就拒絕遠程連接
• 否則創(chuàng)建 redisClient 創(chuàng)建成功
• 并更新連接的統(tǒng)計次數(shù)，更新 redisClinet 的 flags 字段

這個時候 Redis 在服務(wù)端創(chuàng)建了 redisClient 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這個時候遠程的客戶端就在 redisServer 中創(chuàng)建了一個代理。遠程的客戶端就與 Redis 服務(wù)器建立了聯(lián)系，就可以向服務(wù)器發(fā)送命令了。

處理命令

在 createClient() 行數(shù)中：

// 綁定讀事件到事件 loop （開始接收命令請求）
if (aeCreateFileEvent(server.el,fd,AE_READABLE,readQueryFromClient, c) == AE_ERR)

向 eventLoop 中注冊了 readQueryFromClient。 readQueryFromClient 的作用就是從client中讀取客戶端的查詢緩沖區(qū)內(nèi)容。

然后調(diào)用函數(shù) processInputBuffer 來處理客戶端的請求。在 processInputBuffer 中有幾個核心函數(shù)：

• processInlineBuffer 和 processMultibulkBuffer 解析 querybuf 中的命令，記錄到 argc 和 argv 中。
• processCommand 根據(jù) argv[0] 查找對應(yīng)的 recommen,執(zhí)行 recommend 對應(yīng)的執(zhí)行函數(shù)。在執(zhí)行之前還會驗證命令的正確性。將結(jié)果存入 buf bufpos reply 中

返回數(shù)據(jù)

萬事具備了，執(zhí)行完了命令就需要把數(shù)據(jù)返回給遠程的調(diào)用方。調(diào)用鏈如下

processCommand -> addReply -> prepareClientToWrite

在 prepareClientToWrite 中我們有見到了熟悉的代碼：

aeCreateFileEvent(server.el, c->fd, AE_WRITABLE,sendReplyToClient, c) == AE_ERR) return REDIS_ERR;

向 eventloop 綁定了 sendReplyToClient 事件處理器。

在 sendReplyToClient 中觀察代碼發(fā)現(xiàn)，如果 bufpos 大于 0，將會把 buf 發(fā)送給遠程的客戶端，如果鏈表 reply 的長度大于0，就會將遍歷鏈表 reply，發(fā)送給遠程的客戶端，這里需要注意的是，為了避免 reply 數(shù)據(jù)量過大，就會過度的占用資源引起 Redis 相應(yīng)慢。為了解決這個問題，當寫入的總數(shù)量大于 REDIS_MAX_WRITE_PER_EVENT 時，Redis 將會臨時中斷寫入，記錄操作的進度，將處理時間讓給其他操作，剩余的內(nèi)容等下次繼續(xù)。這樣的套路我們一路走來看過太多了。

總結(jié)

1. 遠程客戶端連接到 redis 后，redis服務(wù)端會為遠程客戶端創(chuàng)建一個 redisClient 作為代理。
2. redis 會讀取嵌套字中的數(shù)據(jù)，寫入 querybuf 中。
3. 解析 querybuf 中的命令，記錄到 argc 和 argv 中。
4. 根據(jù) argv[0] 查找對應(yīng)的 recommand。
5. 執(zhí)行 recommend 對應(yīng)的執(zhí)行函數(shù)。
6. 執(zhí)行以后將結(jié)果存入 buf bufpos reply 中。
7. 返回給調(diào)用方。返回數(shù)據(jù)的時候，會控制寫入數(shù)據(jù)量的大小，如果過大會分成若干次。保證 redis 的相應(yīng)時間。

Redis 作為單線程應(yīng)用，一直貫徹的思想就是，每個步驟的執(zhí)行都有一個上限（包括執(zhí)行時間的上限或者文件尺寸的上限）一旦達到上限，就會記錄下當前的執(zhí)行進度，下次再執(zhí)行。保證了 Redis 能夠及時響應(yīng)不發(fā)生阻塞。

好了，以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，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。