Redis原理 - Redis网络模型

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思考

Redis 到底是单线程还是多线程?

  • 如果仅仅针对 Redis 的核心业务部分(命令处理部分),则是单线程
  • 如果针对 Redis 整体,那么就是多线程

在 Redis 的版本迭代过程中,在两个重要的时间节点上引入了多线程的支持:

  • Redis v4.0:引入多线程异步处理一些耗时较长的任务,例如异步删除命令 unlike
  • Redis v6.0:在核心网络模型中引入多线程,进一步提高对多核 CPU 的利用率

为什么Redis要选择单线程?

  • 抛开持久化不谈,Redis是纯内存操作,执行速度非常快,它的性能瓶颈是网络延迟而不是执行速度,因此多线程并不会带来巨大的性能提升。
  • 多线程会导致过多的上下文切换,带来不必要的开销
  • 引入多线程会面临线程安全问题,必然要引入线程锁这样的安全手段,实现复杂度增高,而且性能也会大打折扣

#网络模型

Redis 通过 IO 多路复用来提高网络性能,并且支持各种不同的多路复用实现,并且将这些实现进行封装,提供了统一的高性能事件库 API 库 AE:

  • ae_epoll
  • ae_evport
  • ae_kqueue
  • ae_select(通用)

这是 Redis 中四种实现方式,根据不同的操作系统,选择不同的实现。

具体的 API 主要有以下几个:

  • aeApiCreate:创建多路复用程序,比如 epoll_create
  • aeApiResize
  • aeApiFree
  • aeApiAddEvent:注册 FD ,比如 epoll_ctl
  • aeApiDelEvent:删除 FD
  • aeApiPoll:等待 FD 就绪,比如 epoll_wait
  • aeApiName:select、poll

ae_evport 实现方式中独有的API

  • aeApiLookupPending
  • aeApiAssociate

在ae.c 文件中可以选择使用那种实现方式。

Redis原理 - Redis网络模型

 

#单线程网络模型

Redis 6 以前的网络模型都是单线程的,Redis 单线程网络模型的整个过程:

Redis原理 - Redis网络模型

 

  • 在 aeApiPoll 时,会判断是客户端可读还是服务端可读,调用不同的处理器
  • 当客户端 Client Socket 发起连接请求时,服务端 Server Socket 可读,触发连接应答处理器 tcpAccepthandler
  • 当客户端 Client Socket 发起命令时,客户端可读,触发命令请求处理器 readQueryFromClient
  • 当客户端可写时,会由命令回复处理器进行处理。

核心

本质上就是 IO 多路复用 + 事件派发 的应用。

server socket 不断接收 client socket 的响应,然后根据事件类型的不同,派发给对应的处理器进行处理。

#多线程网络模型

Redis 6.0 版本中引入了多线程,目的是为了提高 IO 读写效率。因此在 解析客户端命令、 写响应结果 时采用了多线程。核心的命令执行、IO 多路复用模块依然是由主线程执行。

通过对单线程网络模型的分析,主要的性能瓶颈在命令的读写处理和命令的响应输出两个方面。

Redis原理 - Redis网络模型

 

故Redis 在命令读处理和命令的响应两个部分引入了多线程。

注意

性能的瓶颈一般情况下都是 IO 的影响或者 网络请求 的影响。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-501366.html

#底层实现

  • main
// server.c
int main(
    int argc,
    char **argv
){
    // ...
    // 初始化服务
    initServer();
    // ...
    // 开始监听事件循环
    aeMain(server.el);
    // ...
}
  • initServer
void initServer(void){
    // ...
    // 内部会调用 aeApiCreate(eventLoop),类似epoll_create
    server.el= aeCreateEventLoop(server.maxclients+CONFIG_FDSET_INCR);
    //...

    // 监听TCP端口,创建ServerSocket,并得到FD
    listenToPort(server.port,&server.ipfd)
    // ...

    // 注册 连接处理器,内部会调用 aeApiAddEvent(&server.ipfd)监听FD
    createSocketAcceptHandler(&server.ipfd,acceptTcpHandler)

    // 注册 ae_api_poll 前的处理器
    aeSetBeforeSleepProc(server.el,beforeSleep);
}


  • aeMain
void aeMain(aeEventloop*eventloop){
    eventLoop->stop = 0;
    // 循环监听事件
    while (!eventLoop->stop){
        aeProcessEvents(
            eventLoop,
            AE_ALL_EVENTS | 
            AE_CALL_BEFORE_SLEEP |
            AE_CALL_AFTER_SLEEP);
    }
}
  • aeProcessEvents
int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop,int flags){
    // ... 调用前置处理器 beforesleep
    eventLoop->beforesleep(eventLoop);
    // 等待FD就绪,类似 epoll_wait
    numevents = aeApiPoll(eventLoop,tvp);

    for (j = 0; j < numevents; j ++){
        // 遍历处理就绪的 FD,调用对应的处理器
    }
}
  • acceptTcpHandler
void acceptTcpHandler( ... ){
    // ...
    // 接收 socket 连接,获取 FD 
    fd = accept(s,sa,len);

    // ... 
    // 创建 connection ,关联 fd
    connection *conn = connCreateSocket();
    conn.fd = fd;

    // ...
    // 内部调用 aeApiAddEvent(fd,READABLE)
    // 监听 socket 的FD读事件,并绑定读处理器readQueryFromClient
    connSetReadHandler(conn, readQueryFromClient);
}
  • readQueryFromClient
void readQueryFromClient(connection *conn){
    // 获取当前客户端,客户端中有缓冲区用来读和写
    client *c = connGetPrivateData(conn);
    // 获取c->querybuf缓冲区大小
    long int qblen = sdslen(c->querybuf);
    // 读取请求数据到 c->querybuf 缓冲区
    connRead(c->conn,c->Guerybuf+qblen,readlen);
    // 解析缓冲区字符串,转为Redis命令参数存入 c->argv 数组
    processInputBuffer(c);
    // ...
    // 处理 c->argv 中的命令
    processCommand(c);
}
  • processCommand
int processCommand(client *c) {
    // 根据命令名称,寻找命令对应的command,例如 setCommand
    c->cmd = c->lastcmd = lookupCommand(c->argv[0]->ptr);
    // ...
    // 执行command,得到响应结果,例如ping命令,对应pingCommand
    c->cmd->proc(c);
    // 把执行结果写出,例如ping命令,就返回"pong"给cLient
    // shared.pong是 字符串"pong"的SDS对象
    addReply(c, shared.pong);
}
  • addReply
void addReply(client *c,robj *obj) {
    // 尝试把结果写到 c-buf 客户端写缓存区
    if (_addReplyToBuffer(c,obj->ptr,sdslen(obj->ptr)) != C_OK)
    // 如果c->buf写不下,则写到 c->reply,这是一个链表,容量无上限
    _addReplyProtoToList(c,obj->ptr,sdslen(obj->ptr));
    // 将客户端添加到server.clients_pending_write这个队列,等待被写出
    listAddNodeHead(server.clients_pending_ write,c);
}

到了这里,关于Redis原理 - Redis网络模型的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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