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Redis是一个高性能的键值存储系统，广泛应用于缓存、消息队列、排行榜等场景。为了理解Redis的高性能特性，我们需要深入探讨其请求处理的流程。本文将详细解析Redis请求处理的各个阶段，包括请求的接收、解析、执行和返回结果等过程。
在深入探讨Redis请求处理流程之前，我们先简要回顾一下Redis的架构。Redis采用单线程模型，这意味着所有的请求都是在一个主线程中顺序处理的。尽管Redis是单线程的，但由于其高效的事件驱动模型和非阻塞I/O操作，Redis能够处理大量的并发请求。
Redis的核心组件包括：
Redis的请求处理流程可以大致分为以下几个步骤：
接下来，我们将详细探讨每个步骤的具体实现。
Redis服务器启动后，会监听指定的端口（默认是6379），等待客户端的连接请求。当客户端尝试连接Redis服务器时，Redis会通过事件循环机制检测到新的连接请求，并调用相应的回调函数处理连接。
Redis使用事件驱动模型来处理客户端连接和请求。事件循环的核心是aeEventLoop结构体，它负责监听文件描述符上的事件。当有新的连接请求时，事件循环会检测到文件描述符上的可读事件，并调用acceptTcpHandler回调函数处理连接。
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函数中，Redis会创建一个新的客户端对象（client结构体），并将其添加到服务器的客户端列表中。客户端对象包含了与客户端通信所需的所有信息，如文件描述符、输入缓冲区、输出缓冲区等。
void acceptCommonHandler(int fd, int flags, char *ip) {
client *c;
c = createClient(fd);
if (c == NULL) {
close(fd);
return;
}
listAddNodeTail(server.clients, c);
}
client结构体是Redis中表示客户端连接的核心数据结构。它包含了客户端的状态信息、输入输出缓冲区、命令解析结果等。
typedef struct client {
int fd; // 客户端文件描述符
sds querybuf; // 输入缓冲区
robj **argv; // 命令参数数组
int argc; // 命令参数个数
struct redisCommand *cmd; // 当前执行的命令
list *reply; // 输出缓冲区
// 其他字段...
} client;
客户端连接成功后，可以通过发送命令请求与Redis进行交互。Redis通过事件循环机制监听客户端文件描述符上的可读事件，当有数据到达时，事件循环会调用readQueryFromClient回调函数读取数据。
readQueryFromClient函数负责从客户端文件描述符中读取数据，并将其存储到客户端的输入缓冲区（querybuf）中。
void readQueryFromClient(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
client *c = (client*) privdata;
int nread, readlen;
size_t qblen;
// 读取数据到输入缓冲区
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;
}
// 更新输入缓冲区长度
sdsIncrLen(c->querybuf, nread);
// 处理输入缓冲区中的数据
processInputBuffer(c);
}
Redis使用sds（Simple Dynamic String）作为输入缓冲区的数据结构。sds是Redis自定义的字符串类型，支持动态扩展和高效的内存管理。
typedef char *sds;
struct sdshdr {
int len; // 字符串长度
int free; // 剩余空间
char buf[]; // 字符串数据
};
当输入缓冲区中有足够的数据时，Redis会调用processInputBuffer函数解析请求数据。解析过程包括提取命令和参数，并将其存储到客户端的argv和argc字段中。
Redis使用processInlineBuffer或processMultibulkBuffer函数解析输入缓冲区中的数据，具体取决于客户端使用的是RESP（Redis Serialization Protocol）协议的内联命令还是多行命令。
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);
}
}
}
解析后的命令参数存储在客户端的argv数组中，argc表示参数的数量。每个参数都是一个robj（Redis Object）对象，robj是Redis中表示所有数据类型的通用结构。
typedef struct redisObject {
unsigned type:4; // 数据类型
unsigned encoding:4; // 编码方式
unsigned lru:LRU_BITS; // LRU时间
int refcount; // 引用计数
void *ptr; // 数据指针
} robj;
在解析完命令和参数后，Redis会调用processCommand函数执行命令。processCommand函数首先查找命令表，找到对应的命令处理器，然后调用该处理器执行命令。
Redis维护了一个命令表（redisCommandTable），其中包含了所有支持的命令及其对应的处理器函数。processCommand函数会根据解析出的命令名称在命令表中查找对应的命令处理器。
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;
}
// 检查命令参数数量
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;
}
// 执行命令
call(c, CMD_CALL_FULL);
}
每个命令都有一个对应的处理器函数，负责执行具体的操作。例如，SET命令的处理器函数是setCommand，GET命令的处理器函数是getCommand。
void setCommand(client *c) {
robj *o;
// 解析参数
if (getLongLongFromObjectOrReply(c, c->argv[2], &ll, NULL) != C_OK) return;
// 设置键值对
o = createStringObjectFromLongLong(ll);
setKey(c->db, c->argv[1], o);
addReply(c, shared.ok);
}
call函数是执行命令的核心函数。它首先调用命令处理器执行命令，然后将执行结果存储到客户端的输出缓冲区中。
void call(client *c, int flags) {
// 执行命令
c->cmd->proc(c);
// 处理命令执行结果
if (listLength(c->reply) > 0) {
sendReplyToClient(c);
}
}
命令执行完成后，Redis会将结果存储到客户端的输出缓冲区中，并通过事件循环机制将结果返回给客户端。
Redis使用list数据结构作为输出缓冲区。每个输出缓冲区节点存储一个robj对象，表示一个返回结果。
typedef struct listNode {
struct listNode *prev;
struct listNode *next;
void *value;
} listNode;
typedef struct list {
listNode *head;
listNode *tail;
unsigned long len;
} list;
sendReplyToClient函数负责将输出缓冲区中的数据发送给客户端。它通过事件循环机制监听客户端文件描述符上的可写事件，并在可写事件触发时调用writeToClient函数发送数据。
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;
// 发送数据
nwritten = write(fd, c->reply->head->value, sdslen(c->reply->head->value));
if (nwritten == -1) {
if (errno == EAGN) {
return;
} else {
freeClient(c);
return;
}
}
// 更新输出缓冲区
if (nwritten == sdslen(c->reply->head->value)) {
listDelNode(c->reply, c->reply->head);
} else {
sdsrange(c->reply->head->value, nwritten, -1);
}
// 如果输出缓冲区为空，移除可写事件
if (listLength(c->reply) == 0) {
aeDeleteFileEvent(server.el, c->fd, AE_WRITABLE);
}
}
当客户端断开连接时，Redis会调用freeClient函数释放客户端对象及其相关资源。
freeClient函数负责释放客户端对象、输入输出缓冲区、命令参数等资源。
void freeClient(client *c) {
// 释放输入缓冲区
if (c->querybuf) sdsfree(c->querybuf);
// 释放命令参数
if (c->argv) {
for (int j = 0; j < c->argc; j++) {
decrRefCount(c->argv[j]);
}
zfree(c->argv);
}
// 释放输出缓冲区
if (c->reply) listRelease(c->reply);
// 关闭文件描述符
close(c->fd);
// 释放客户端对象
zfree(c);
}
在释放客户端对象后，Redis还会从事件循环中移除与该客户端相关的文件描述符事件。
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);
// 释放资源...
}
Redis的请求处理流程是一个高效且复杂的过程，涉及客户端连接、请求接收、请求解析、命令执行和结果返回等多个步骤。通过事件驱动模型和非阻塞I/O操作，Redis能够在单线程中处理大量的并发请求，提供高性能的键值存储服务。
理解Redis的请求处理流程不仅有助于我们更好地使用Redis，还能为我们在设计和实现高性能服务器时提供宝贵的经验。希望本文能够帮助读者深入理解Redis的内部工作原理，并在实际应用中发挥其最大潜力。
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