（二）Redis 事件

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序言

  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：

  • 文件事件：Redis 服务器通过套接字（Socket）与客户端 （或其他 Redis 服务器）进行连接，文件事件就是服务器对套接字操作的抽象。服务器与客户端的通信会产生相应的文件事件，而服务器则通过监听并处理这些事件来完成一系列网络通信操作。
  • 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低这类定时操作的抽象。

文件事件

  Redis 基于 Reactor 模式开发了自己的网络事件处理器——文件事件处理器：

  • 文件事件处理器使用 I/O 多路复用（multiplexing）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（accept）、读取（read）、写入（write）、关闭（close）等操作时，与操作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之前管理好的事件处理器来处理这些事件。

  虽然文件事件处理器以单线程方式运行，但通过使用 I/O 多路复用程序来监听多个套接字，既实现了高性能的网络通信模型，又可以很好地与 Redis 服务器中其他同样以单线程方式运行的模块进行对接，这保持了 Redis 内部但线程设计的简单性。

   I/O 多路复用技术详细介绍见知乎一篇高赞文章解答

文件事件处理器的构成

  文件事件处理器由套接字、I/O 多路复用程序、文件事件分派器和事件处理器构成，如下图：

文件事件处理器组成

  文件事件是对套接字操作的抽象，每当一个套接字准备好执行连接应答、写入、读取、关闭等操作时，就会产生一个文件事件。因为一个服务器会连接多个套接字，所以多个文件事件可能会并发地出现。

  I/O 多路复用程序负责监听多个套接字，并向文件事件分派器传送那些产生了事件的套接字。

  尽管多个文件事件可能会并发地出现，但 I/O 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面，然后通过这个队列，以有序（sequentially）、同步（synchronously）、每次一个套接字的方式向文件事件分派器传送套接字。
  当一个套接字产生的事件被处理完毕后（该套接字为事件所关联的事件处理器执行完毕），I/O 多路复用程序才会继续向文件事件分派传送下一个套接字，如下图：

I/O多路复用程序通过队列向文件事件分派器传送套接字

  文件事件分派器接收到 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，它们定义了某个事件发生时，服务器应该执行的动作

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常见的select、epoll、evport、kqueue这些 I/O 多路复用函数库实现的。
  因为 Redis 为每个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互换的（Redis 定义相应的规则所以在编译时自动选择性能最高的库来作为其底层实现），如下图：

Redis中的I/O多路复用

事件的类型

  I/O 多路复用程序可以监听多个套接字的ae.h/AE_READABLE事件和ae.h/AE_WRITABLE事件，这两类事件和套接字操作之间的关系如下：

  • 当套接字变得可读时（客户端对套接字执行write操作，或者执行close操作），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操作），套接字产生AE_READABLE事件
  • 当套接字变得可写时（客户端对套接字执行read操作）,套接字产生AE_WRITABLE事件

  I/O 多路复用程序运行服务器同时监听套接字的AE_READABLE事件和AE_WRITABLE事件,若一个套接字同时产生了这两种事件，那么文件事件分派器优先处理AE_READABLE事件，该事件处理完之后再处理AE_WRITABLE事件。即套接字可读又可写的话，则服务器先读套接字，后写套接字。

文件事件的处理器

  Redis 为文件事件编写了多个处理器，分别用于实现不同的网络通信需求，下面简单介绍：

  • 连接应答处理器：为了对连接服务器的各个客户端进行应答，服务器为监听套接字关联该处理器
  • 关联命令请求处理器：为了介绍客户端传来的命令请求，服务器为客户端套接字关联该处理器
  • 关联命令回复处理器：为了向客户端返回命令的执行结果，服务器为客户端套接字关联该处理器
  • 复制处理器：当主服务器和从服务器进行复制操作时，主从服务器都需要关联该处理器

时间事件

  Redis 的时间事件分为下面 2 类：

  • 定时事件：让一段程序在指定时间之后执行一次。比如说让程序 X 在当前事件的 30ms 之后执行一次
  • 周期性事件：让一段程序每隔指定时间执行一次。比如说让程序 Y 每个 30ms 就执行一次

  一个时间事件主要由以下 3 个属性组成：

  • id：服务器为时间事件创建的全局唯一 ID 。 ID 按从小到大的顺序递增，新事件的 ID 号比旧事件大
  • when：毫秒精度的 UNIX 时间戳，记录了时间事件的到达时间
  • timeProc：时间事件处理器函数。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。

注意哦：一个时间事件是定时事件还是周期性事件取决于时间事件处理器的返回值。

时间事件实现

  服务器将所有时间事件都放在一个无序链表中，当时间事件处理器被执行时， 它遍历所有链表中的时间事件， 检查它们的到达事件（when 属性）， 并执行其中的已到达事件

注：正常模式下的 Redis 服务器只使用 serverCron 一个时间事件。

时间事件应用实例：serverCron 函数

  持续运行的 Redis 服务器需要定期对自身资源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/serverCrom函数负责执行，它的主要工作包括：

  • 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
  • 清理数据库中的过期键值对
  • 关闭和清理连接失效的客户端
  • 尝试进行AOF或RDB持久化操作
  • 若服务器是主服务器，那么对从服务器进行定期同步
  • 若处于集群模式，对集群进行定期同步和连接测试

  Redis 服务器以周期性事件的方式来运行serverCron函数，在服务器运行期间，每隔一段时间，该函数执行一次，直到服务器关闭为止。服务器默认规定serverCron函数每秒运行 10 次，平均每间隔 100ms 运行一次，我们也可以修改redis.conf配置文件的hz选项来调整其每秒执行次数。

事件的调度与执行

  因为服务器中同时存在文件事件和时间事件，所以服务器必须对这两种事件进行调度，决定何时应该处理文件事件，何时处理时间事件，以及花多少时间来处理它们等等。

注意哦：文件事件和时间事件之间是合作关系，服务器会轮流处理这两种事件，并且处理过程中也不会进行互相抢占，但因此实际处理时间事件的事件比预定到达的时间会晚一些。

参考

  • 黄健宏 Redis 设计与实现 [M]. 机械工业出版社，2014

文章信息

时间 说明
2019-04-11 初稿
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