Redis服务器是一个事件驱动程序,服务器需要处理以下两类事件:
1.文件事件:Redis服务器通过套接字与客户端进行连接,而文件事件就是服务器对套接字操作的抽象。
2.时间事件:Redis服务器中的一些操作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操作的抽象。
12.1 文件事件
Redis基于Reactor模式开发了自己的网络事件处理器,这个处理器被称为文件事件处理器。
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。
当被监听的套接字准备好执行连接应答、读取、写入、关闭等操作时,对于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事件。
12.1.1 文件事件处理器的构成
文件事件处理器由四部分构成:1.套接字、2.IO多路复用程序、3.文件事件分派器、4.事件处理器。
尽管多个文件事件可能会并发地出现,但IO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,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之后,I/O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。
文件事件分派器接受I/O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。
服务器会为执行不同任务的套接字关联不同的事件处理器,这些处理器是一个个函数,他们定义了某个事件发生时,服务器应该执行的动作。
12.1.2 I/O多路复用程序的实现
Redis的I/O多路复用程序的所有功能都是通过包装厂家的select、epoll、evport和kqueue这些I/O多路复用函数库来实现的。
Redis在I/O多路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实现是可以呼唤的。
Redis中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I/O多路复用函数库来作为Redis的I/O多路复用程序底层实现。
12.1.3 事件的类型
I/O多路复用程序可以监听多个套接字的AE_READABLE事件和AE_WRITEABLE事件,这两类事件和套机字操作之间的对应关系如下:
1.当套接字变得可读时,或者有新的可应答套接字出现时,套接字产生AE_READABLE事件。
2.当套接字变得可写时,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个事件,那么文件事件分派器会优先处理AE_READABLE事件,等到AE_READABLE事件处理完后,才处理AE_WRITABLE事件。
12.1.4 API
ae.c/aeCreateFileEvent函数接受一个套接字描述符、一个事件类型、依旧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,并对时间和事件处理器进行关联。
ae.c/aeDeleteFileEvent函数接受一个套接字描述符合一个监听事件类型作为参数,让I/O多路复用程序取消对给定套接字的给定事件的监听,并取消事件和事件处理器之间的关联。
ae.c/aeGetFileEvents函数接受一个套接字描述符,返回该套接字正在被监听的事件类型:
如果套接字没有任何事件被监听,函数返回AE_NONE。
如果套接字的读事件正在被监听,那么函数返回AE_READABLE。
如果套接字的写事件正在被监听,那么函数返回AE_WRITEABLE。
如果套接字的读事件和写事件正在被监听,那么函数返回AE_READABLE|AE_WRITEABLE。
ae.c/acWait函数接受一个套接字描述符、一个事件类型和一个毫秒数为参数,在给定的事件内阻塞并等待套接字的给定类型事件产生,当事件成功产生,或者等待超时之后,函数返回。
12.1.5 文件事件的处理器
1.连接应答处理器
networking.c/acceptTcpHandler函数式Redis的连接应答处理器,这个处理器用于对连接服务器监听套接字的客户端进行应答。
2.命令请求处理器
3.命令回复处理器
4.一次完整的客户端与服务器连接事件示例
12.2 时间事件
定时事件:让一段程序在指定的时间之后执行一次
周期性事件:让一段程序每隔指定时间就执行一次。
一个时间事件主要由以下三个属性组成:
1.id:服务器为时间事件创建的全局唯一ID
2.when:毫秒精度的Unix时间戳,记录了时间事件的到达时间。
3.timeProc:时间事件处理器,一个函数。当时间事件到达时,服务器就会调用相应的处理器来处理事件。
一个时间事件是定时事件还是周期性事件取决于时间处理器的返回值:如果事件处理器返回ae.h/AE_NOMORE,那么这个事件为定时事件:该事件在达到一次之后就会被删除,之后不再到达。
如果事件处理器返回一个非AE_NOMORE的整数值,那么这个事件为非周期性时间:当一个时间事件到达之后,服务器会根据事件处理器返回的值,对时间事件的when属性进行更新,让这个事件在一段时间之后再次到达,并以这种方式一直更新并运行下去。
12.2.1 实现
服务器将所有时间事件都放在一个无序链表中,每当时间事件执行器运行时,它就遍历整个链表,查找所有已到达的事件事件,并调用相应的事件处理器。
12.2.3 时间事件应用示例:serverCron函数
持续运行的Redis服务器需要定期对自身的自由和状态进行检查和调整,从而确保服务器可以长期、稳定地运行,这些定期操作由redis.c/serverCron函数负责执行,它的主要工作包括:
1.更新服务器的各类统计信息,比如时间、内存占用、数据库占用情况等。
2.清理数据库中的过期键值对。
3.关闭和清理连接失效的客户端。
4.尝试进行AOF或RDB持久化操作。
5.如果服务器是主服务器,那么对从服务器进行定期同步。
6.如果处于集群模式,对集群进行定期同步和连接测试。
12.3 事件的调度与执行
从事件处理的角度来看,Redis服务器的运行流程如下:
事件调度和执行规则:
1)aeApiPoll函数的最大阻塞事件由到达时间最接近当前时间的时间事件决定,这个方法既可以避免服务器对时间事件进行频繁的轮询(忙等待),也可以确保aeApiPoll函数不会阻塞过长时间。
2)因为文件事件是随机出现的,如果等待并处理完一次文件事件之后,扔未有任何时间事件到达,那么服务器将再次等待并处理文件事件。
3)文件事件和时间事件的处理都是同步有序原子地执行的,服务器不会中途中断事件处理,也不会对事件进行抢占,因此,不管是文件事件的处理器还是时间事件的处理器,它们都会尽可能低减少程序的阻塞设计,并在有需要时主动让出执行权,从而降低造成事件饥饿的可能性。
4)因为时间事件在文件事件之后执行,并且事件之间不会出现抢占,所以时间事件的 实际处理时间,通常会比时间事件设定的到达事件稍晚一些。