Redis 源码学习之事件驱动

Redis基于多路复用技术实现了一套简单的事件驱动库,代码在ae.hae.c以及ae_epoll.cae_evport.cae_kqueue.cae_select.c这几个文件中。其中ae表示的是antirez eventloop的意思。

Redis里面包含两种事件类型:FileEventTimeEvent

Redis采用IO多路复用技术,所有的事件都是在一个线程中进行处理。Redis的事件驱动模型可以以以下为代码进行表示:

在一个死循环中等待事件的到来,然后对事件进行处理,以此往复。这就是一个最经典的网络编程模型。

1.基本数据结构

aeEventLoop

aeEventLoopRedis中事件驱动模型的核心,封装了整个事件循环,其中每个字段解释如下:

  • maxfd:已经接受的最大的文件描述符。
  • setsize:当前循环中所能容纳的文件描述符的数量。
  • timeEventNextId:下一个时间事件的ID.
  • lastTime:上一次被访问的时间,用来检测系统时钟是否被修改。
  • events:指针,指向保存所有注册的事件的数组首地址。
  • fired:指针,保存所有已经买被触发的事件的数组首地址。
  • timeEventHead:Redis用一个链表来存储所有的时间事件,timeEventHead是指向这个链表的首节点指针。
  • stop:停止整个事件循环。
  • apiData:指针,指向epoll结构。
  • beforeSleep:函数指针。每次实现循环的时候,在阻塞直到时间到来之前,会先调用这个函数。

aeFileEvent和aeTimeEvent

这两个结构分别表示文件事件和时间事件,定义如下

其中mask表示文件事件类型掩码,可以是AE_READABLE表示是可读事件,AE_WRITABLE为可写事件。aeFileProc是函数指针。

aeFiredEvent

aeFiredEvent结构表示一个已经被触发的事件,结果如下:

fd表示事件发生在哪个文件描述符上面,mask用来表示具体事件的类型。

aeApiState

Redis底层采用IO多路复用技术实现高并发,具体实现可以采用kqueueselectepoll等技术。对于Linux来说,epoll的性能要优于select,所以以epoll为例来进行分析。

aeApiState封装了跟epoll相关的数据,epfd保存epoll_create()返回的文件描述符。

具体实现细节

事件循环启动:aeMain()

事件驱动的启动代码位于ae.caeMain()函数中,代码如下:

aeMain()方法中可以看到,整个事件驱动是在一个while()循环中不停地执行aeProcessEvents()方法,在这个方法中执行从客户端发送过来的请求。

初始化:aeCreateEventLoop()

aeEventLoop的初始化是在aeCreateEventLoop()方法中进行的,这个方法是在server.c中的initServer()中调用的。实现如下:

在这个方法中主要就是给aeEventLoop对象分配内存然后并进行初始化。其中关键的地方有:

1、调用aeApiCreate()初始化epoll相关的数据。aeApiCreate()实现如下:

aeApiCreate()方法中主要完成以下三件事:
1. 分配aeApiState结构需要的内存。
2. 调用epoll_create()方法生成epoll的文件描述符,并保存在aeApiState.epfd字段中。
3. 把第一步分配的aeApiState的内存地址保存在EventLoop->apidata字段中。

2、初始化events中的mask字段为为AE_NONE

生成fileEvent:aeCreateFileEvent()

Redis使用aeCreateFileEvent()来生成fileEvent,代码如下:

aeCreateFileEvent()方法主要做了一下三件事:

  1. 检查新增的fd是否超过所能容纳最大值。
  2. 调用aeApiAddEvent()方法把对应的fd以mask模式添加到epoll监听器中。

设置相应的字段值。其中最关键的步骤是第二步,aeApiAddEvent()方法如下:

生成timeEvent:aeCreateTimeEvent()

aeCreateTimeEvent()方法主要是用来生成timeEvent节点,其实现比较简单,代码如下所示:

处理timeEevnt:processTimeEvents()

RedisprocessTimeEvents()方法中来处理所有的timeEvent,实现如下:

在这个方法中会

  1. 判断系统时间有没有调整过,如果调整过,则会把timeEvent链表中的所有的timeEvent的触发时间设置为0,表示立即执行。
  2. timeEvent链表进行遍历,对于每个timeEvent节点,如果有:
    1. 如果已经被标记为删除(AE_DELETED_EVENT_ID),则立即释放对应节点内存,遍历下个节点。
    2. 如果id大于maxId,则表示当前节点为本次循环中新增节点,咋本次循环中不错处理,继续下个节点。
    3. 如果当前节点的触发时间大于当前时间,则调用对应节点的timeProc()方法执行任务。根据timeProc()方法的返回,又分为两种情况:
      1. 返回为AE_NOMORE,表示当前timeEvent节点属于一次性事件,标记该节点IDAE_DELETED_EVENT_ID,表示删除节点,该节点将会在下一轮的循环中被删除。
      2. 返回不是AE_NOMORE,表示当前timeEvent节点属于周期性事件,需要多次执行,调用aeAddMillisecondsToNow()方法设置下次被执行时间。

处理所有事件:aeProcessEvents()

Redis中所有的事件,包括timeEventfileEvent都是在aeProcessEvents()方法中进行处理的,刚方法实现如下:

该方法的入参flag表示要处理哪些事件,可以取以下几个值 :

  • AE_ALL_EVENTS:timeEventfileEvent都会处理。
  • AE_FILE_EVENTS:只处理fileEvent
  • AE_TIME_EVENTS:只处理timeEvent
  • AE_DONT_WAIT:要么立马返回,要么处理完那些不需要等待的事件之后再立马返回。

aeProcessEvents()方法会做下面几件事:

  1. 判断传入的flag的值,如果既不包含AE_TIME_EVENTS也不包含AE_FILE_EVENTS则直接返回。
  2. 计算如果有aeFileEvent事件需要进行处理,则先计算epoll_wait()方法需要阻塞等待的时间,计算方式如下:
    1. 先从aeTimeEvent事件链表中找到最近的需要被触发的aeTimeEvent节点并计算需要被触发的时间,该被触发时间则为epoll_wait()需要等待的时间。
    2. 如果没有找到最近的aeTimeEvent节点,表示没有aeTimeEvent节点被加入链表,则判断传入的flags是否包含AE_DONT_WAIT选项,则设置epoll_wait()需要等待时间为0,表示立即返回。
    3. 如果没有设置AE_DONT_WAIT,则设置需要等待时间为NULL,表示epoll_wait()一直阻塞等待知道有fileEvent事件到来。
  3. 调用aeApiPoll()方法阻塞等待事件的到来,阻塞时间为第二步中计算的时间。aeApiPoll()实现如下:

    aeApiPoll()会做下面几件事:

    1. 根据传入的tvp计算需要阻塞的时间,然后调用epoll_wait()进行阻塞等待。
    2. 有事件到来之后先计算对应事件的类型。
    3. 把事件发生的fd以及对应的类型mask拷贝到fired数组中。
  4. aeApiPoll()方法返回之后,所有事件已经就绪了的fd以及对应事件的类型mask已经保存在eventLoop->fired[]数组中。依次遍历fired数组,根据mask类型,执行对应的frileProc()或者wfileProce()方法。
  5. 如果传入的flags中有AE_TIME_EVENTS,则调用processTimeEvents()执行所有已经到时间了的timeEvent
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