摘要：當(dāng)被監(jiān)聽(tīng)的準(zhǔn)備好執(zhí)行連接應(yīng)答讀取等等操作時(shí)，與操作相對(duì)應(yīng)的文件事件就會(huì)產(chǎn)生，根據(jù)文件事件來(lái)為關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的事件處理器，從而實(shí)現(xiàn)功能。服務(wù)器使用單線(xiàn)程單進(jìn)程的方式處理命令請(qǐng)求。

只有光頭才能變強(qiáng)

好的，今天我們要上黃金段位了，如果還沒(méi)經(jīng)歷過(guò)青銅和白銀階段的，可以先去蹭蹭經(jīng)驗(yàn)再回來(lái)：

從零單排學(xué)Redis【青銅】

從零單排學(xué)Redis【白銀】

看過(guò)相關(guān)Redis基礎(chǔ)的同學(xué)可以知道Redis是單線(xiàn)程的，很多面試題也很可能會(huì)問(wèn)到“為什么Redis是單線(xiàn)程的還那么快”。

這篇文章來(lái)講講單線(xiàn)程的內(nèi)部的原理。

文本力求簡(jiǎn)單講清每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，希望大家看完能有所收獲

在講解Redis之前，我們先來(lái)一些基礎(chǔ)的鋪墊，有更好的閱讀體驗(yàn)。

我們?cè)诔鯇W(xué)Java的時(shí)候肯定會(huì)學(xué)過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程這一章節(jié)的，當(dāng)時(shí)學(xué)完寫(xiě)的應(yīng)用可能就是“網(wǎng)絡(luò)聊天室”。

寫(xiě)出來(lái)的效果可能就是在console噼里啪啦的輸入數(shù)據(jù)，然后噼里啪啦的返回?cái)?shù)據(jù)，就完事了..(扎心了)

網(wǎng)絡(luò)編程可簡(jiǎn)單分為T(mén)CP和UPD兩種，一般我們更多關(guān)注的是TCP。TCP網(wǎng)絡(luò)編程在Java中封裝成Socket和SocketServer，我們來(lái)回顧一下最簡(jiǎn)單的TCP網(wǎng)絡(luò)編程吧：

TCP客戶(hù)端

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //創(chuàng)建發(fā)送端的Socket對(duì)象
        Socket s = new Socket("192.168.1.106",8888);
        
        //Socket對(duì)象可以獲取輸出流
        OutputStream os = s.getOutputStream();
        os.write("hello,tcp,我來(lái)了".getBytes());

        s.close();
    }
}

TCP服務(wù)端：

public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //創(chuàng)建接收端的Socket對(duì)象
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);

        //監(jiān)聽(tīng)客戶(hù)端連接，返回一個(gè)對(duì)應(yīng)的Socket對(duì)象
        //偵聽(tīng)并接受到此套接字的連接，此方法會(huì)阻塞
        Socket s = ss.accept();

        //獲取輸入流，讀取數(shù)據(jù)
        InputStream is = s.getInputStream();

        byte[] bys = new byte[1024];
        int len = is.read(bys);
        String str = new String (bys,0,len);

        String ip = s.getInetAddress().getHostAddress();
        System.out.println(ip + "    ---" +str);

        //釋放資源
        s.close();
        //ss.close();  

    }
}

上面的代碼就可以實(shí)現(xiàn)：客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)端能夠接收客戶(hù)端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

之前我已經(jīng)寫(xiě)過(guò)Java NIO的文章了，Java的NIO也是基于IO多路復(fù)用模型的，建議先去看一下再回來(lái)，文章寫(xiě)得挺詳細(xì)和通俗的了：JDK10都發(fā)布了，nio你了解多少？

這里就簡(jiǎn)單回顧一下吧：

I/O多路復(fù)用的特點(diǎn)是通過(guò)一種機(jī)制一個(gè)進(jìn)程能同時(shí)等待多個(gè)文件描述符，而這些文件描述符其中的任意一個(gè)進(jìn)入讀就緒狀態(tài)、等等，select()函數(shù)就可以返回。

select/epoll的優(yōu)勢(shì)并不是對(duì)于單個(gè)連接能處理得更快，而是在于能處理更多的連接。

說(shuō)白了，使用IO多路復(fù)用機(jī)制的，一般自己會(huì)有一套事件機(jī)制，使用一個(gè)線(xiàn)程或者進(jìn)程監(jiān)聽(tīng)這些事件，如果這些事件被觸發(fā)了，則調(diào)用對(duì)應(yīng)的函數(shù)來(lái)處理。

Redis服務(wù)器是一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)程序，主要處理以下兩類(lèi)事件：

文件事件：文件事件其實(shí)就是對(duì)Socket操作的抽象，Redis服務(wù)器與Redis客戶(hù)端的通信會(huì)產(chǎn)生文件事件，服務(wù)器通過(guò)監(jiān)聽(tīng)并處理這些事件來(lái)完成一系列的網(wǎng)絡(luò)操作

時(shí)間事件：時(shí)間事件其實(shí)就是對(duì)定時(shí)操作的抽象，前面我們已經(jīng)講了RDB、AOF、定時(shí)刪除鍵這些操作都可以由服務(wù)端去定時(shí)或者周期去完成，底層就是通過(guò)觸發(fā)時(shí)間事件來(lái)實(shí)現(xiàn)的！

Redis開(kāi)發(fā)了自己的網(wǎng)絡(luò)事件處理器，這個(gè)處理器被稱(chēng)為文件事件處理器。

文件事件處理器由四部分組成：

文件事件處理器使用I/O多路復(fù)用程序來(lái)同時(shí)監(jiān)聽(tīng)多個(gè)Socket。當(dāng)被監(jiān)聽(tīng)的Socket準(zhǔn)備好執(zhí)行連接應(yīng)答(accept)、讀取(read)等等操作時(shí)，與操作相對(duì)應(yīng)的文件事件就會(huì)產(chǎn)生，根據(jù)文件事件來(lái)為Socket關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的事件處理器，從而實(shí)現(xiàn)功能。

要值得注意的是：Redis中的I/O多路復(fù)用程序會(huì)將所有產(chǎn)生事件的Socket放到一個(gè)隊(duì)列里邊，然后通過(guò)這個(gè)隊(duì)列以有序、同步、每次一個(gè)Socket的方式向文件事件分派器傳送套接字。也就是說(shuō)：當(dāng)上一個(gè)Socket處理完畢后，I/O多路復(fù)用程序才會(huì)向文件事件分派器傳送下一個(gè)Socket。

首先，IO多路復(fù)用程序首先會(huì)監(jiān)聽(tīng)著Socket的AE_READABLE事件，該事件對(duì)應(yīng)著連接應(yīng)答處理器

可以理解簡(jiǎn)單成SocketServet.accpet()

此時(shí)，一個(gè)名字叫做3y的Socket要連接服務(wù)器啦。服務(wù)器會(huì)用連接應(yīng)答處理器處理。創(chuàng)建出客戶(hù)端的Socket，并將客戶(hù)端的Socket與命令請(qǐng)求處理器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使得客戶(hù)端可以向服務(wù)器發(fā)送命令請(qǐng)求。

相當(dāng)于Socket s = ss.accept();，創(chuàng)建出客戶(hù)端的Socket，然后將該Socket關(guān)聯(lián)命令請(qǐng)求處理器

此時(shí)客戶(hù)端就可以向主服務(wù)器發(fā)送命令請(qǐng)求了

假設(shè)現(xiàn)在客戶(hù)端發(fā)送一個(gè)命令請(qǐng)求set Java3y "關(guān)注、點(diǎn)贊、評(píng)論" ，客戶(hù)端Socket將產(chǎn)生AE_READABLE事件，引發(fā)命令請(qǐng)求處理器執(zhí)行。處理器讀取客戶(hù)端的命令內(nèi)容，然后傳給對(duì)應(yīng)的程序去執(zhí)行。

客戶(hù)端發(fā)送完命令請(qǐng)求后，服務(wù)端總得給客戶(hù)端回應(yīng)的。此時(shí)服務(wù)端會(huì)將客戶(hù)端的Scoket的AE_WRITABLE事件與命令回復(fù)處理器關(guān)聯(lián)。

最后客戶(hù)端嘗試讀取命令回復(fù)時(shí)，客戶(hù)端Socket產(chǎn)生AE_WRITABLE事件，觸發(fā)命令回復(fù)處理器執(zhí)行。當(dāng)把所有的回復(fù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入到Socket之后，服務(wù)器就會(huì)解除客戶(hù)端Socket的AE_WRITABLE事件與命令回復(fù)處理器的關(guān)聯(lián)。

最后以《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》的一張圖來(lái)概括：

持續(xù)運(yùn)行的Redis服務(wù)器會(huì)定期對(duì)自身的資源和狀態(tài)進(jìn)行檢查和調(diào)整，這些定期的操作由serverCron函數(shù)負(fù)責(zé)執(zhí)行，它的主要工作包括：

更新服務(wù)器的統(tǒng)計(jì)信息(時(shí)間、內(nèi)存占用、數(shù)據(jù)庫(kù)占用)

清理數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)期鍵值對(duì)

AOF、RDB持久化

如果是主從服務(wù)器，對(duì)從服務(wù)器進(jìn)行定期同步

如果是集群模式，對(duì)進(jìn)群進(jìn)行定期同步和連接

...

Redis服務(wù)器將時(shí)間事件放在一個(gè)鏈表中，當(dāng)時(shí)間事件執(zhí)行器運(yùn)行時(shí)，會(huì)遍歷整個(gè)鏈表。時(shí)間事件包括：

周期性事件(Redis一般只執(zhí)行serverCron時(shí)間事件，serverCron時(shí)間事件是周期性的)

定時(shí)事件

文件事件和時(shí)間事件之間是合作關(guān)系，服務(wù)器會(huì)輪流處理這兩種事件，并且處理事件的過(guò)程中不會(huì)發(fā)生搶占。

時(shí)間事件的實(shí)際處理事件通常會(huì)比設(shè)定的到達(dá)時(shí)間晚一些

1）純內(nèi)存操作

2）核心是基于非阻塞的IO多路復(fù)用機(jī)制

3）單線(xiàn)程避免了多線(xiàn)程的頻繁上下文切換問(wèn)題

在《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》中各用了一章節(jié)來(lái)寫(xiě)客戶(hù)端與服務(wù)器，我看完覺(jué)得比較底層的東西，也很難記得住，所以我決定總結(jié)一下比較重要的知識(shí)。如果以后真的遇到了，再來(lái)補(bǔ)坑~

服務(wù)器使用clints鏈表連接多個(gè)客戶(hù)端狀態(tài)，新添加的客戶(hù)端狀態(tài)會(huì)被放到鏈表的末尾

一個(gè)服務(wù)器可以與多個(gè)客戶(hù)端建立網(wǎng)絡(luò)連接，每個(gè)客戶(hù)端可以向服務(wù)器發(fā)送命令請(qǐng)求，而服務(wù)器則接收并處理客戶(hù)端發(fā)送的命令請(qǐng)求，并向客戶(hù)端返回命令回復(fù)。

Redis服務(wù)器使用單線(xiàn)程單進(jìn)程的方式處理命令請(qǐng)求。在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存客戶(hù)端執(zhí)行命令所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并通過(guò)資源管理來(lái)維持服務(wù)器自身的運(yùn)轉(zhuǎn)。

客戶(hù)端章節(jié)中主要講解了Redis客戶(hù)端的屬性(客戶(hù)端狀態(tài)、輸入/輸出緩沖區(qū)、命令參數(shù)、命令函數(shù)等等)

typedef struct redisClient{
    
    //客戶(hù)端狀態(tài)的輸入緩沖區(qū)用于保存客戶(hù)端發(fā)送的命令請(qǐng)求,最大1GB,否則服務(wù)器將關(guān)閉這個(gè)客戶(hù)端
    sds querybuf;  
    
    
    //負(fù)責(zé)記錄argv數(shù)組的長(zhǎng)度。
    int argc;   
    
    // 命令的參數(shù)
    robj **argv;  
    
    // 客戶(hù)端要執(zhí)行命令的實(shí)現(xiàn)函數(shù)
    struct redisCommand *cmd, *lastcmd;  


    //記錄了客戶(hù)端的角色(role),以及客戶(hù)端所處的狀態(tài)。 (REDIS_SLAVE | REDIS_MONITOR | REDIS_MULTI) 
    int flags;             
    
    //記錄客戶(hù)端是否通過(guò)了身份驗(yàn)證
    int authenticated;     
    
    //時(shí)間相關(guān)的屬性
    time_t ctime;           /* Client creation time */       
    time_t lastinteraction; /* time of the last interaction, used for timeout */
    time_t obuf_soft_limit_reached_time;
    
    
    //固定大小的緩沖區(qū)用于保存那些長(zhǎng)度比較小的回復(fù)
    /* Response buffer */
    int bufpos;
    char buf[REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES];
    
    //可變大小的緩沖區(qū)用于保存那些長(zhǎng)度比較大的回復(fù)
    list *reply; //可變大小緩沖區(qū)由reply 鏈表和一個(gè)或多個(gè)字符串對(duì)象組成
    //...
}

服務(wù)器章節(jié)中主要講解了Redis服務(wù)器讀取客戶(hù)端發(fā)送過(guò)來(lái)的命令是如何解析，以及初始化的過(guò)程。

服務(wù)器從啟動(dòng)到能夠處理客戶(hù)端的命令請(qǐng)求需要執(zhí)行以下的步驟：

初始化服務(wù)器狀態(tài)

載入服務(wù)器配置

初始化服務(wù)器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

還原數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)

執(zhí)行事件循環(huán)

總的來(lái)說(shuō)是這樣子的：

def main():

    init_server();

    while server_is_not_shutdown();
        aeProcessEvents()

    clean_server();
    

從客戶(hù)端發(fā)送命令道完成主要包括的步驟：

客戶(hù)端將命令請(qǐng)求發(fā)送給服務(wù)器

服務(wù)器讀取命令請(qǐng)求，分析出命令參數(shù)

命令執(zhí)行器根據(jù)參數(shù)查找命令的實(shí)現(xiàn)函數(shù)，執(zhí)行實(shí)現(xiàn)函數(shù)并得出命令回復(fù)

服務(wù)器將命令回復(fù)返回給客戶(hù)端

現(xiàn)在臨近雙十一買(mǎi)阿里云服務(wù)器就特別省錢(qián)！之前我買(mǎi)學(xué)生機(jī)也要9.8塊錢(qián)一個(gè)月，現(xiàn)在最低價(jià)只需要8.3一個(gè)月！

無(wú)論是Nginx/Elasticsearch/Redis這些技術(shù)都是在Linux下完美運(yùn)行的，如果還是程序員新手，買(mǎi)一個(gè)學(xué)習(xí)Linux基礎(chǔ)命令，學(xué)習(xí)搭建環(huán)境也是不錯(cuò)的選擇。

如果有要買(mǎi)服務(wù)器的同學(xué)可通過(guò)我的鏈接直接享受最低價(jià)：https://m.aliyun.com/act/team1111/#/share?params=N.FF7yxCciiM.pfn5xpli

本來(lái)也想把“復(fù)制”(主從)在這邊一起寫(xiě)的，但寫(xiě)完可能就很長(zhǎng)了，所以留到下一篇吧。

如果大家有更好的理解方式或者文章有錯(cuò)誤的地方還請(qǐng)大家不吝在評(píng)論區(qū)留言，大家互相學(xué)習(xí)交流~~~

參考資料：

《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》

《Redis實(shí)戰(zhàn)》

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