聊聊Redis的单线程模型

开篇

本文主要来探讨一下 redis 的单线程模型，文章前半部分会先引用某网络课程讲解的内容（图片+语言描述），后半部分是本人粗略阅读 redis 源码后整理出来的一份伪代码，用来验证文中前半部分的内容。

本文对标的 redis 版本是 5.x。

正文

redis 涉及的知识点有很多，展开来讲能聊到操作系统，因此为了方便理解，文中做了很多抽象描述。

文件事件处理器

redis 内部使用了一个叫 文件事件处理器（ file event handler）的东西，这个文件事件处理器是 单线程 的，所以才有了 redis 是单线程的这一说法。

文件事件处理器的结构如下图：

它包含 4 个部分：

• 多个 socketIO
• 多路复用程序
• 文件事件分派器
• 事件处理器（连接应答处理器、命令请求处理器、命令回复处理器）

文件事件处理器 采用 IO 多路复用机制 同时监听多个 socket，根据 socket 上的事件来选择对应的事件处理器进行处理。多个 socket 可能会并发产生不同的操作，每个操作对应不同的文件事件，但是 IO 多路复用程序 会监听多个 socket，会将 socket 产生的事件放入 队列 中排队，事件分派器 每次从队列中取出一个事件，把该事件交给对应的 事件处理器 进行处理。

来看 redis 客户端与服务端的一次通信过程：

1. 接收连接请求：

客户端 socket01 向 redis 的 server socket 请求建立连接，此时 server socket 会产生一个 AE_READABLE 事件，

IO 多路复用程序监听到 server socket 产生的事件后，将该事件压入队列中。

文件事件分派器从队列中获取该事件，交给连接应答处理器。

连接应答处理器会创建一个能与客户端通信的 socket01，并将该 socket01 的 AE_READABLE 事件与 命令请求处理器 关联。

2. 读取请求内容：

假设此时客户端发送了一个 set key value 请求，此时 redis 中的 socket01 会产生 AE_READABLE 事件

IO 多路复用程序将事件压入队列

事件分派器从队列中获取到该事件，由于前面 socket01 的 AE_READABLE 事件已经与命令请求处理器关联，因此事件分派器将事件交给命令请求处理器来处理。

命令请求处理器读取 socket01 的 key value 并在自己内存中完成 key value 的设置。操作完成后，它会将 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器关联。

3. 回复请求：

如果此时客户端准备好接收返回结果了，那么 redis 中的 socket01 会产生一个 AE_WRITABLE 事件，同样压入队列中，

事件分派器找到相关联的命令回复处理器

由命令回复处理器对 socket01 输入本次操作的一个结果，比如 ok，之后解除 socket01 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器的关联。

这样便完成了一次通信。

redis 事件处理伪代码

// 入口函数
void aeMain(EventLoop eventLoop) {
    while(true) {
    	// 文件事件处理器
    	aeProcessEvents(eventLoop);  	
    }
}
void aeProcessEvents() {
	// 调用 epoll_wait 函数，等待I/O事件 （IO 多路复用程序）
    int numevents = aeApiPoll(timeval);
    for(int i=0; i< numevents; i++) {
    	// 从队列中取出对应的事件
    	fileEvent = getFromEventQueue(i);
    	// 处理文件事件	(文件事件分派器)
    	processFileEvent(fileEvent);
    	// 处理时间事件。（忽略）
    	processTimeEvent();
    }
}
void processFileEvent() {
	if event == '读事件' {
		// 读处理器
		processReadFile();
	} 
	if event == '写事件' {
		// 写处理器
		processWriteFile();
	}
}

redis 源码

篇幅原因这里就不贴 redis 的源代码，可以用 vscode 等工具打开 redis 安装目录下的 src 目录，通过全局搜索 aeMain 找到入口。

总结

起初当看到别人说 redis 是单线程时，很容易想成 redis 服务端只开启了一个线程用于做所有事情，然而实际上我们所说的 redis 单线程 只是针对 redis 网络请求模块，即文中提到的文件事件处理器。

另外，在第一次看到文中第一张图时，就感觉像是一个线程（IO多路复用程序）负责往队列写数据，另一个线程（文件事件分派器）负责从队列里面读数据，那么 redis 的单线程到底体现在哪里呢？

最后通过一顿操作，翻到了相关源码，粗略一读才明白所谓的事件分派器、队列等等是这样的。