文件事件处理器

Redis基于Reactor模式开发了网络事件处理器，这个处理器被称为文件事件处理器。它的组成结构为4部分：多个套接字、IO多路复用程序、文件事件分派器、事件处理器。因为文件事件分派器队列的消费是单线程的，所以Redis才叫单线程模型。

消息处理流程

• 文件事件处理器使用I/O多路复用(multiplexing)程序来同时监听多个套接字，并根据套接字目前执行的任务来为套接字关联不同的事件处理器。
• 当被监听的套接字准备好执行连接应答(accept)、读取(read)、写入(write)、关闭(close)等操作时，与操作相对应的文件事件就会产生，这时文件事件处理器就会调用套接字之前关联好的事件处理器来处理这些事件。

尽管多个文件事件可能会并发地出现，但I/O多路复用程序总是会将所有产生事件的套接字都推到一个队列里面，然后通过这个队列，以有序（sequentially）、同步（synchronously）、每次一个套接字的方式向文件事件分派器传送套接字：当上一个套接字产生的事件被处理完毕之后（该套接字为事件所关联的事件处理器执行完毕）， I/O多路复用程序才会继续向文件事件分派器传送下一个套接字。

I/O 多路复用程序的实现

Redis的I/O多路复用程序的所有功能是通过包装select、epoll、evport和kqueue这些I/O多路复用函数库来实现的，每个I/O多路复用函数库在Redis源码中都对应一个单独的文件，比如ae_select.c、ae_epoll.c、ae_kqueue.c等。

因为Redis为每个I/O多路复用函数库都实现了相同的API，所以I/O多路复用程序的底层实现是可以互换的，如下图所示

Redis在I/O多路复用程序的实现源码中用#include宏定义了相应的规则，程序会在编译时自动选择系统中性能最好的I/O多路复用函数库来作为Redis的I/O多路复用程序的底层实现：

/* Include the best multiplexing layer supported by this system.
 * The following should be ordered by performances, descending. */
#ifdef HAVE_EVPORT
#include "ae_evport.c"
#else
    #ifdef HAVE_EPOLL
    #include "ae_epoll.c"
    #else
        #ifdef HAVE_KQUEUE
        #include "ae_kqueue.c"
        #else
        #include "ae_select.c"
        #endif
    #endif
#endif

文件事件的类型

I/O 多路复用程序可以监听多个套接字的ae.h/AE_READABLE事件和ae.h/AE_WRITABLE事件，这两类事件和套接字操作之间的对应关系如下：

• 当套接字变得可读时（客户端对套接字执行write操作，或者执行close操作），或者有新的可应答（acceptable）套接字出现时（客户端对服务器的监听套接字执行connect操作），套接字产生AE_READABLE 事件
• 当套接字变得可写时（客户端对套接字执行read操作），套接字产生AE_WRITABLE事件。I/O多路复用程序允许服务器同时监听套接字的AE_READABLE事件和AE_WRITABLE事件，如果一个套接字同时产生了这两种事件，那么文件事件分派器会优先处理AE_READABLE事件，等到AE_READABLE事件处理完之后，才处理AE_WRITABLE 事件。这也就是说，如果一个套接字又可读又可写的话，那么服务器将先读套接字，后写套接字。

文件事件的处理器

Redis为文件事件编写了多个处理器，这些事件处理器分别用于实现不同的网络通讯需求，常用的处理器如下：

为了对连接服务器的各个客户端进行应答， 服务器要为监听套接字关联连接应答处理器。 为了接收客户端传来的命令请求， 服务器要为客户端套接字关联命令请求处理器。 为了向客户端返回命令的执行结果， 服务器要为客户端套接字关联命令回复处理器。

连接应答处理器

networking.c中acceptTcpHandler函数是Redis的连接应答处理器，这个处理器用于对连接服务器监听套接字的客户端进行应答，具体实现为sys/socket.h/accept函数的包装。

当Redis服务器进行初始化的时候，程序会将这个连接应答处理器和服务器监听套接字的AE_READABLE事件关联起来，当有客户端用sys/socket.h/connect函数连接服务器监听套接字的时候， 套接字就会产生AE_READABLE 事件， 引发连接应答处理器执行， 并执行相应的套接字应答操作，如图所示。

命令请求处理器

networking.c中readQueryFromClient函数是Redis的命令请求处理器，这个处理器负责从套接字中读入客户端发送的命令请求内容， 具体实现为unistd.h/read函数的包装。

当一个客户端通过连接应答处理器成功连接到服务器之后， 服务器会将客户端套接字的AE_READABLE事件和命令请求处理器关联起来，当客户端向服务器发送命令请求的时候，套接字就会产生 AE_READABLE事件，引发命令请求处理器执行，并执行相应的套接字读入操作，如图所示。

在客户端连接服务器的整个过程中，服务器都会一直为客户端套接字的AE_READABLE事件关联命令请求处理器。

命令回复处理器

networking.c中sendReplyToClient函数是Redis的命令回复处理器，这个处理器负责将服务器执行命令后得到的命令回复通过套接字返回给客户端，具体实现为unistd.h/write函数的包装。

当服务器有命令回复需要传送给客户端的时候，服务器会将客户端套接字的AE_WRITABLE事件和命令回复处理器关联起来，当客户端准备好接收服务器传回的命令回复时，就会产生AE_WRITABLE事件，引发命令回复处理器执行，并执行相应的套接字写入操作， 如图所示。

当命令回复发送完毕之后， 服务器就会解除命令回复处理器与客户端套接字的 AE_WRITABLE 事件之间的关联

一次完整的客户端与服务器连接事件示例

假设Redis服务器正在运作，那么这个服务器的监听套接字的AE_READABLE事件应该正处于监听状态之下，而该事件所对应的处理器为连接应答处理器。

如果这时有一个Redis客户端向Redis服务器发起连接，那么监听套接字将产生AE_READABLE事件， 触发连接应答处理器执行：处理器会对客户端的连接请求进行应答， 然后创建客户端套接字，以及客户端状态，并将客户端套接字的 AE_READABLE 事件与命令请求处理器进行关联，使得客户端可以向主服务器发送命令请求。

之后，客户端向Redis服务器发送一个命令请求，那么客户端套接字将产生 AE_READABLE事件，引发命令请求处理器执行，处理器读取客户端的命令内容， 然后传给相关程序去执行。

执行命令将产生相应的命令回复，为了将这些命令回复传送回客户端，服务器会将客户端套接字的AE_WRITABLE事件与命令回复处理器进行关联：当客户端尝试读取命令回复的时候，客户端套接字将产生AE_WRITABLE事件， 触发命令回复处理器执行， 当命令回复处理器将命令回复全部写入到套接字之后， 服务器就会解除客户端套接字的AE_WRITABLE事件与命令回复处理器之间的关联。

思考问题

Q： Redis是单线程模型为什么效率还这么高？ A：

纯内存访问：数据存放在内存中，内存的响应时间大约是100纳秒，这是Redis每秒万亿级别访问的重要基础。 非阻塞I/O：Redis采用epoll做为I/O多路复用技术的实现，再加上Redis自身的事件处理模型将epoll中的连接，读写，关闭都转换为了时间，不在I/O上浪费过多的时间。 单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗。 Redis采用单线程模型，每条命令执行如果占用大量时间，会造成其他线程阻塞，对于Redis这种高性能服务是致命的，所以Redis是面向高速执行的数据库