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读书笔记-《Redis设计与实现》（二）单机数据库实现（下）

news 来源：原创 2025/6/22 18:57:30

今天我们来继续学习 Redis 的单机数据库实现部分。

01

事件

Redis 服务器是一个事件驱动程序，其中事件分为文件事件和时间事件，前者是服务器对 Socket 操作的抽象，后者是服务器对定时操作的抽象。

Redis 基于 Reactor 模式开发了自己的文件事件处理器，其组成部分和流程如下：

可以看到，每当一个 Socket 准备好执行连接应答、写入、读取、关闭等操作时，I / O 多路复用程序就会将这些产生事件的 Socket 以有序、同步、每次一个的方式向分派器传送（即当上一个 Socket 所产生的事件被处理完毕后，才会向分派器传送下一个 Socket）。

时间事件分为定时事件和周期性事件，时间事件包含 id、when、timeProc 三个属性，分别为唯一标识符、事件到达时间和到达后要调用的处理器函数。

Redis 服务器将所有时间事件放在一个无序链表（未按照 when 排序）中，执行器运行时将遍历整个链表，调用那些已到达的时间事件的处理器函数。

serverCron 函数就是一个时间事件，它周期性运行并主要完成以下工作：

更新服务器的各类统计信息。
清理数据库中过期的键值对。
关闭和清理连接失败的客户端。
尝试进行 AOF 或 RDB 持久化操作。
如果是主服务器，则定期进行主从同步。
如果是集群模式，则定期对集群进行同步和连接测试。

从 Redis 主函数来看，其对文件事件和时间事件的处理都是同步、有序、原子的，服务器不会中断事件，也不会抢占事件。因此事件处理器都会尽可能减少程序的阻塞时间，在必要时让出执行权，降低事件饥饿的可能性。例如文件事件会在写入超出预设常量的数据时主动 break，下次再写；时间事件也会将非常耗时的持久化操作放到子线程或是子进程中。

02

客户端

Redis 服务器维护了一个链表，保存了所有客户端的状态，其中状态结构的关键属性如下。

typedef struct redisClient {
    
    // 客户端描述符，正常为正整数，如果是伪客户端则为-1
    // 如载入AOF和执行Lua脚本的伪客户端
    int fd;

    robj *name;

    // 记录客户端的角色及当前所处状态，多个值通过|分割
    // 例如在某些多机功能或执行特点命令时的状态
    int flags;

    // 用于保存客户端发送命令的输入缓冲区，过大时客户端会被关闭
    sds querybuf;

    // 服务器将客户端的命令保存到上面的缓冲区后，将解析并放置到以下两个参数
    // 分别为命令参数及参数的个数
    robj **argv;
    int argc;

    // 服务器拿到上面的 argv[0]，找到命令所对应的实现函数，然后将参数传递过去
    struct redisCommand *cmd;

    // 执行完命令的结果会放在缓冲区，其中一个大小是固定的，一个是可变的
    // 固定的缓冲区用于处理较小的回复，后者则用链表处理大回复
    char buf[REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES];
    int bufpos;
    list *reply;

    // 是否通过身份验证
    int authenticated;

    // 创建客户端时间、最近一次互动时间、输出区第一次到达软性限制时间
    time_t ctime;
    time_t lastinteraction;
    time_t obuf_soft_limit_reached_time;

} redisClient;

如前面事件部分所述，当客户端使用 connect 函数连接到服务器时，服务器就会调用连接事件处理器，为客户端创建相应的 redisClient，并添加至链表末尾，客户端就完成了创建。

对于客户端的关闭，除了常见的进程退出、进程杀死、不符合协议格式的命令请求等，输入缓冲区过大和输出缓冲区过大也会导致客户端被服务器关闭（为了避免回复客户端占用服务器过多资源）。其中输出缓冲区包括硬性限制和软性限制，前者是超过一个大小就立即被关闭，后者则是一定时间内连续超过多次则被关闭。

03

服务器

了解了事件和客户端机制后，我们来看看一次命令的执行过程。

客户端发送命令请求：用户键入命令，客户端将其转为协议格式，并通过 Socket 发送给服务器。
服务器读取命令请求：通过命令请求处理器读取命令，保存到输入缓冲区，分析提取并保存到参数字段，调用命令执行器执行命令。
命令执行器查找命令的实现：在命令表 commandtable 中查找命令并保存到客户端状态的 cmd 属性中。
命令执行器执行预备操作：一系列前期检查工作。
命令执行器调用命令的实现函数：完成后将数据保存到输出缓冲区中。
命令执行器执行后续工作：一系列后续工作，例如各种统计、持久化、多机功能。
服务器将命令回复发送给客户端：将输出缓冲区的回复发送给客户端，之后清空，为下一次回复做好准备。
客户端接收并打印命令回复：转为人类可读的格式并打印。

最后我们再来看看服务器的初始化过程。

初始化服务器状态结构：由 initServerConfig 函数来创建一个 redisServer，包括设置默认的运行 ID、运行频率、配置文件路径、运行架构、端口号、RDB / AOF持久化条件、LRU 时钟等等。
载入配置选项：如果用户有改动上面的配置，则在这个步骤进行修改。例如上一步中端口默认设置为6379，用户改成了6666，则这一步将其修改。
初始化服务器数据结构：由 initServer 函数为各数据结构分配内存，例如 clients 链表、db 数组等等，此外，还会设置进程信号处理器、创建共享对象、打开监听端口、为 serverCron 函数创建时间事件等等。
还原数据库状态：通过配置选择使用 AOF 或者 RDB 来还原数据库状态。
执行事件循环：开始执行事件。