阅读了 redis 的源码,我终于明白为什么说 redis 是单线程!

原创
2020/11/24 14:20
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开篇

本文主要来探讨一下 redis 的单线程模型,文章前半部分会先引用某网络课程讲解的内容(图片+语言描述),后半部分是本人粗略阅读 redis 源码后整理出来的一份伪代码,用来验证文中前半部分的内容。

本文对标的 redis 版本是 5.x。

正文

redis 涉及的知识点有很多,展开来讲能聊到操作系统,因此为了方便理解,文中做了很多抽象描述。

文件事件处理器

redis 内部使用了一个叫 文件事件处理器( file event handler)的东西,这个文件事件处理器是 单线程 的,所以才有了 redis 是单线程的这一说法。

文件事件处理器的结构如下图:

在这里插入图片描述

它包含 4 个部分:

  • 多个 socket
  • IO 多路复用程序
  • 文件事件分派器
  • 事件处理器(连接应答处理器、命令请求处理器、命令回复处理器)

文件事件处理器 采用 IO 多路复用机制 同时监听多个 socket,根据 socket 上的事件来选择对应的事件处理器进行处理。多个 socket 可能会并发产生不同的操作,每个操作对应不同的文件事件,但是 IO 多路复用程序 会监听多个 socket,会将 socket 产生的事件放入 队列 中排队,事件分派器 每次从队列中取出一个事件,把该事件交给对应的 事件处理器 进行处理。

来看 redis 客户端与服务端的一次通信过程:

在这里插入图片描述

1. 接收连接请求:

客户端 socket01 向 redis 的 server socket 请求建立连接,此时 server socket 会产生一个 AE_READABLE 事件,

IO 多路复用程序监听到 server socket 产生的事件后,将该事件压入队列中。

文件事件分派器从队列中获取该事件,交给连接应答处理器。

连接应答处理器会创建一个能与客户端通信的 socket01,并将该 socket01 的 AE_READABLE 事件与 命令请求处理器 关联。

2. 读取请求内容:

假设此时客户端发送了一个 set key value 请求,此时 redis 中的 socket01 会产生 AE_READABLE 事件

IO 多路复用程序将事件压入队列

事件分派器从队列中获取到该事件,由于前面 socket01 的 AE_READABLE 事件已经与命令请求处理器关联,因此事件分派器将事件交给命令请求处理器来处理。

命令请求处理器读取 socket01 的 key value 并在自己内存中完成 key value 的设置。操作完成后,它会将 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器关联。

3. 回复请求:

如果此时客户端准备好接收返回结果了,那么 redis 中的 socket01 会产生一个 AE_WRITABLE 事件,同样压入队列中,

事件分派器找到相关联的命令回复处理器

由命令回复处理器对 socket01 输入本次操作的一个结果,比如 ok,之后解除 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器的关联。

这样便完成了一次通信。

redis 事件处理伪代码

// 入口函数
void aeMain(EventLoop eventLoop) {
    
    while(true) {
    	// 文件事件处理器
    	aeProcessEvents(eventLoop);  	
    }
}

void aeProcessEvents() {

	// 调用 epoll_wait 函数,等待I/O事件 (IO 多路复用程序)
    int numevents = aeApiPoll(timeval);
    for(int i=0; i< numevents; i++) {

    	// 从队列中取出对应的事件
    	fileEvent = getFromEventQueue(i);

    	// 处理文件事件	(文件事件分派器)
    	processFileEvent(fileEvent);

    	// 处理时间事件。(忽略)
    	processTimeEvent();
    }
    
}

void processFileEvent() {
	if event == '读事件' {
		// 读处理器
		processReadFile();
	} 

	if event == '写事件' {
		// 写处理器
		processWriteFile();
	}
}

redis 源码

篇幅原因这里就不贴 redis 的源代码,可以用 vscode 等工具打开 redis 安装目录下的 src 目录,通过全局搜索 aeMain 找到入口。

总结

起初当看到别人说 redis 是单线程时,很容易想成 redis 服务端只开启了一个线程用于做所有事情,然而实际上我们所说的 redis 单线程 只是针对 redis 网络请求模块,即文中提到的文件事件处理器。

另外,在第一次看到文中第一张图时,就感觉像是一个线程(IO多路复用程序)负责往队列写数据,另一个线程(文件事件分派器)负责从队列里面读数据,那么 redis 的单线程到底体现在哪里呢?

最后通过一顿操作,翻到了相关源码,粗略一读才明白所谓的事件分派器、队列等等是这样的。

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