Redis是一個高性能的鍵值存儲系統，廣泛應用于緩存、消息隊列、排行榜等場景。為了理解Redis的高性能特性，我們需要深入探討其請求處理的流程。本文將詳細解析Redis請求處理的各個階段，包括請求的接收、解析、執行和返回結果等過程。
在深入探討Redis請求處理流程之前，我們先簡要回顧一下Redis的架構。Redis采用單線程模型，這意味著所有的請求都是在一個主線程中順序處理的。盡管Redis是單線程的，但由于其高效的事件驅動模型和非阻塞I/O操作，Redis能夠處理大量的并發請求。
Redis的核心組件包括：
Redis的請求處理流程可以大致分為以下幾個步驟：
接下來，我們將詳細探討每個步驟的具體實現。
Redis服務器啟動后，會監聽指定的端口（默認是6379），等待客戶端的連接請求。當客戶端嘗試連接Redis服務器時，Redis會通過事件循環機制檢測到新的連接請求，并調用相應的回調函數處理連接。
Redis使用事件驅動模型來處理客戶端連接和請求。事件循環的核心是aeEventLoop結構體，它負責監聽文件描述符上的事件。當有新的連接請求時，事件循環會檢測到文件描述符上的可讀事件，并調用acceptTcpHandler回調函數處理連接。
void acceptTcpHandler(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
int cport, cfd;
char cip[NET_IP_STR_LEN];
cfd = anetTcpAccept(server.neterr, fd, cip, sizeof(cip), &cport);
if (cfd == ANET_ERR) {
return;
}
acceptCommonHandler(cfd, 0, cip);
}
在acceptCommonHandler函數中，Redis會創建一個新的客戶端對象（client結構體），并將其添加到服務器的客戶端列表中?？蛻舳藢ο蟀伺c客戶端通信所需的所有信息，如文件描述符、輸入緩沖區、輸出緩沖區等。
void acceptCommonHandler(int fd, int flags, char *ip) {
client *c;
c = createClient(fd);
if (c == NULL) {
close(fd);
return;
}
listAddNodeTail(server.clients, c);
}
client結構體是Redis中表示客戶端連接的核心數據結構。它包含了客戶端的狀態信息、輸入輸出緩沖區、命令解析結果等。
typedef struct client {
int fd; // 客戶端文件描述符
sds querybuf; // 輸入緩沖區
robj **argv; // 命令參數數組
int argc; // 命令參數個數
struct redisCommand *cmd; // 當前執行的命令
list *reply; // 輸出緩沖區
// 其他字段...
} client;
客戶端連接成功后，可以通過發送命令請求與Redis進行交互。Redis通過事件循環機制監聽客戶端文件描述符上的可讀事件，當有數據到達時，事件循環會調用readQueryFromClient回調函數讀取數據。
readQueryFromClient函數負責從客戶端文件描述符中讀取數據，并將其存儲到客戶端的輸入緩沖區（querybuf）中。
void readQueryFromClient(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
client *c = (client*) privdata;
int nread, readlen;
size_t qblen;
// 讀取數據到輸入緩沖區
nread = read(fd, c->querybuf + sdslen(c->querybuf), readlen);
if (nread == -1) {
if (errno == EAGN) {
return;
} else {
freeClient(c);
return;
}
} else if (nread == 0) {
freeClient(c);
return;
}
// 更新輸入緩沖區長度
sdsIncrLen(c->querybuf, nread);
// 處理輸入緩沖區中的數據
processInputBuffer(c);
}
Redis使用sds（Simple Dynamic String）作為輸入緩沖區的數據結構。sds是Redis自定義的字符串類型，支持動態擴展和高效的內存管理。
typedef char *sds;
struct sdshdr {
int len; // 字符串長度
int free; // 剩余空間
char buf[]; // 字符串數據
};
當輸入緩沖區中有足夠的數據時，Redis會調用processInputBuffer函數解析請求數據。解析過程包括提取命令和參數，并將其存儲到客戶端的argv和argc字段中。
Redis使用processInlineBuffer或processMultibulkBuffer函數解析輸入緩沖區中的數據，具體取決于客戶端使用的是RESP（Redis Serialization Protocol）協議的內聯命令還是多行命令。
void processInputBuffer(client *c) {
while (sdslen(c->querybuf)) {
if (!c->reqtype) {
if (c->querybuf[0] == '*') {
c->reqtype = PROTO_REQ_MULTIBULK;
} else {
c->reqtype = PROTO_REQ_INLINE;
}
}
if (c->reqtype == PROTO_REQ_INLINE) {
if (processInlineBuffer(c) != C_OK) break;
} else if (c->reqtype == PROTO_REQ_MULTIBULK) {
if (processMultibulkBuffer(c) != C_OK) break;
}
if (c->argc == 0) {
resetClient(c);
} else {
processCommand(c);
}
}
}
解析后的命令參數存儲在客戶端的argv數組中，argc表示參數的數量。每個參數都是一個robj（Redis Object）對象，robj是Redis中表示所有數據類型的通用結構。
typedef struct redisObject {
unsigned type:4; // 數據類型
unsigned encoding:4; // 編碼方式
unsigned lru:LRU_BITS; // LRU時間
int refcount; // 引用計數
void *ptr; // 數據指針
} robj;
在解析完命令和參數后，Redis會調用processCommand函數執行命令。processCommand函數首先查找命令表，找到對應的命令處理器，然后調用該處理器執行命令。
Redis維護了一個命令表（redisCommandTable），其中包含了所有支持的命令及其對應的處理器函數。processCommand函數會根據解析出的命令名稱在命令表中查找對應的命令處理器。
void processCommand(client *c) {
c->cmd = c->lastcmd = lookupCommand(c->argv[0]->ptr);
if (!c->cmd) {
addReplyErrorFormat(c, "unknown command '%s'", (char*)c->argv[0]->ptr);
return;
}
// 檢查命令參數數量
if ((c->cmd->arity > 0 && c->cmd->arity != c->argc) ||
(c->argc < -c->cmd->arity)) {
addReplyErrorFormat(c, "wrong number of arguments for '%s' command",
c->cmd->name);
return;
}
// 執行命令
call(c, CMD_CALL_FULL);
}
每個命令都有一個對應的處理器函數，負責執行具體的操作。例如，SET命令的處理器函數是setCommand，GET命令的處理器函數是getCommand。
void setCommand(client *c) {
robj *o;
// 解析參數
if (getLongLongFromObjectOrReply(c, c->argv[2], &ll, NULL) != C_OK) return;
// 設置鍵值對
o = createStringObjectFromLongLong(ll);
setKey(c->db, c->argv[1], o);
addReply(c, shared.ok);
}
call函數是執行命令的核心函數。它首先調用命令處理器執行命令，然后將執行結果存儲到客戶端的輸出緩沖區中。
void call(client *c, int flags) {
// 執行命令
c->cmd->proc(c);
// 處理命令執行結果
if (listLength(c->reply) > 0) {
sendReplyToClient(c);
}
}
命令執行完成后，Redis會將結果存儲到客戶端的輸出緩沖區中，并通過事件循環機制將結果返回給客戶端。
Redis使用list數據結構作為輸出緩沖區。每個輸出緩沖區節點存儲一個robj對象，表示一個返回結果。
typedef struct listNode {
struct listNode *prev;
struct listNode *next;
void *value;
} listNode;
typedef struct list {
listNode *head;
listNode *tail;
unsigned long len;
} list;
sendReplyToClient函數負責將輸出緩沖區中的數據發送給客戶端。它通過事件循環機制監聽客戶端文件描述符上的可寫事件，并在可寫事件觸發時調用writeToClient函數發送數據。
void sendReplyToClient(client *c) {
if (listLength(c->reply) > 0) {
aeCreateFileEvent(server.el, c->fd, AE_WRITABLE, writeToClient, c);
}
}
void writeToClient(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
client *c = (client*) privdata;
int nwritten;
// 發送數據
nwritten = write(fd, c->reply->head->value, sdslen(c->reply->head->value));
if (nwritten == -1) {
if (errno == EAGN) {
return;
} else {
freeClient(c);
return;
}
}
// 更新輸出緩沖區
if (nwritten == sdslen(c->reply->head->value)) {
listDelNode(c->reply, c->reply->head);
} else {
sdsrange(c->reply->head->value, nwritten, -1);
}
// 如果輸出緩沖區為空，移除可寫事件
if (listLength(c->reply) == 0) {
aeDeleteFileEvent(server.el, c->fd, AE_WRITABLE);
}
}
當客戶端斷開連接時，Redis會調用freeClient函數釋放客戶端對象及其相關資源。
freeClient函數負責釋放客戶端對象、輸入輸出緩沖區、命令參數等資源。
void freeClient(client *c) {
// 釋放輸入緩沖區
if (c->querybuf) sdsfree(c->querybuf);
// 釋放命令參數
if (c->argv) {
for (int j = 0; j < c->argc; j++) {
decrRefCount(c->argv[j]);
}
zfree(c->argv);
}
// 釋放輸出緩沖區
if (c->reply) listRelease(c->reply);
// 關閉文件描述符
close(c->fd);
// 釋放客戶端對象
zfree(c);
}
在釋放客戶端對象后，Redis還會從事件循環中移除與該客戶端相關的文件描述符事件。
void freeClient(client *c) {
// 移除文件描述符事件
aeDeleteFileEvent(server.el, c->fd, AE_READABLE);
aeDeleteFileEvent(server.el, c->fd, AE_WRITABLE);
// 釋放資源...
}
Redis的請求處理流程是一個高效且復雜的過程，涉及客戶端連接、請求接收、請求解析、命令執行和結果返回等多個步驟。通過事件驅動模型和非阻塞I/O操作，Redis能夠在單線程中處理大量的并發請求，提供高性能的鍵值存儲服務。
理解Redis的請求處理流程不僅有助于我們更好地使用Redis，還能為我們在設計和實現高性能服務器時提供寶貴的經驗。希望本文能夠幫助讀者深入理解Redis的內部工作原理，并在實際應用中發揮其最大潛力。
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