Redis請求處理的流程分析

2022-07-25 18:06:24

概述#

我記得我在一文說透 Go 語言 HTTP 標準庫這篇文章裡面解析了對於 Go 來說是如何建立一個 Server 端程式的：

首先是註冊處理器；
開啟迴圈監聽埠，每監聽到一個連線就會建立一個 Goroutine；
然後就是 Goroutine 裡面會迴圈的等待接收請求資料，然後根據請求的地址去處理器路由表中匹配對應的處理器，然後將請求交給處理器處理；

用程式碼錶示就是這樣：

func (srv *Server) Serve(l net.Listener) error { 
    ...
    baseCtx := context.Background()  
    ctx := context.WithValue(baseCtx, ServerContextKey, srv)
    for {
        // 接收 listener 過來的網路連線
        rw, err := l.Accept()
        ... 
        tempDelay = 0
        c := srv.newConn(rw)
        c.setState(c.rwc, StateNew) 
        // 建立協程處理連線
        go c.serve(connCtx)
    }
}

對於 Redis 來說就有些不太一樣，因為它是單執行緒的，無法使用多執行緒處理連線，所以 Redis 選擇使用基於 Reactor 模式的事件驅動程式來實現事件的並行處理。

在 Redis 中所謂 Reactor 模式就是通過 epoll 來監聽多個 fd，每當這些 fd 有響應的時候會以事件的形式通知 epoll 進行回撥，每一個事件都有一個對應的事件處理器。

如： accept 對應 acceptTCPHandler 事件處理器、read & write 對應readQueryFromClient 事件處理器等，然後通過事件的迴圈派發的形式將事件分配給事件處理器進行處理。

所以說上面的這個 Reactor 模式都是通過 epoll 來實現的，對於 epoll 來說主要有這三個方法：

//建立一個epoll的控制程式碼，size用來告訴核心這個監聽的數目一共有多大
int epoll_create(int size)；

/*
 * 可以理解為，增刪改 fd 需要監聽的事件
 * epfd 是 epoll_create() 建立的控制程式碼。
 * op 表示 增刪改
 * epoll_event 表示需要監聽的事件，Redis 只用到了可讀，可寫，錯誤，結束通話 四個狀態
 */
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；

/*
 * 可以理解為查詢符合條件的事件
 * epfd 是 epoll_create() 建立的控制程式碼。
 * epoll_event 用來存放從核心得到事件的集合
 * maxevents 獲取的最大事件數
 * timeout 等待超時時間
 */
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

所以我們可以根據這三個方法實現一個簡單的 server：

// 建立監聽
int listenfd = ::socket();

// 繫結ip和埠
int r = ::bind();  
// 建立 epoll 範例
int epollfd = epoll_create(xxx); 
// 新增epoll要監聽的事件型別
int r = epoll_ctl(..., listenfd, ...);
 
struct epoll_event* alive_events =  static_cast<epoll_event*>(calloc(kMaxEvents, sizeof(epoll_event)));

while (true) {
    // 等待事件
    int num = epoll_wait(epollfd, alive_events, kMaxEvents, kEpollWaitTime);
	// 遍歷事件，並進行事件處理
    for (int i = 0; i < num; ++i) {
        int fd = alive_events[i].data.fd;
        // 獲取事件
        int events = alive_events[i].events;
		// 進行事件的分發
        if ( (events & EPOLLERR) || (events & EPOLLHUP) ) {
            ...
        } else  if (events & EPOLLRDHUP) {
            ...
        } 
        ...
    }   
}

呼叫流程#

所以根據上面的介紹，可以知道對於 Redis 來說一個事件迴圈無非也就這麼幾步：

註冊事件監聽及回撥函數；
迴圈等待獲取事件並處理；
呼叫回撥函數，處理資料邏輯；
回寫資料給 Client；

註冊 fd 到 epoll 中，並設定回撥函數 acceptTcpHandler，如果有新連線那麼會呼叫回撥函數；
啟動一個死迴圈呼叫 epoll_wait 等待並持續處理事件，待會我們回到 aeMain 函數中迴圈調 aeProcessEvents 函數；
當有網路事件過來的時候，會順著回撥函數 acceptTcpHandler 一路呼叫到 readQueryFromClient 進行資料的處理，readQueryFromClient 會解析 client 的資料，找到對應的 cmd 函數執行；
Redis 範例在收到使用者端請求後，會在處理使用者端命令後，將要返回的資料寫入使用者端輸出緩衝區中而不是立馬返回；
然後在 aeMain 函數每次迴圈時都會呼叫 beforeSleep 函數將緩衝區中的資料寫回使用者端；

上面的整個事件迴圈的過程實際上程式碼步驟已經寫的非常清晰，網上也有很多文章介紹，我就不多講了。

命令執行過程 & 回寫使用者端#

命令執行#

下面我們講點網上很多文章都沒提及的，看看 Redis 是如何執行命令，然後存入快取，以及將資料從快取寫回 Client 這個過程。

在前一節我們也提到了，如果有網路事件過來的時候會呼叫到 readQueryFromClient 函數，它是真正執行命令的地方。我們也就順著這個方法一直往下看：

readQueryFromClient 裡面會呼叫 processInputBufferAndReplicate 函數處理請求的命令；
在 processInputBufferAndReplicate 函數裡面會呼叫 processInputBuffer 以及判斷一下如果是叢集模式的話，是否需要將命令複製給其他節點；
processInputBuffer 函數裡面會迴圈處理請求的命令，並根據請求的協定呼叫 processInlineBuffer 函數，將 redisObject 物件後呼叫 processCommand 執行命令；
processCommand 在執行命令的時候會通過 lookupCommand 去 server.commands 表中根據命令查詢對應的執行函數，然後經過一系列的校驗之後，呼叫相應的函數執行命令，呼叫 addReply 將要返回的資料寫入使用者端輸出緩衝區；

server.commands會在 populateCommandTable 函數中將所有的 Redis 命令註冊進去，作為一個根據命令名獲取命令函數的表。

比如說，要執行 get 命令，那麼會呼叫到 getCommand 函數：

void getCommand(client *c) {
    getGenericCommand(c);
}

int getGenericCommand(client *c) {
    robj *o;
	// 查詢資料
    if ((o = lookupKeyReadOrReply(c,c->argv[1],shared.nullbulk)) == NULL)
        return C_OK;
    ...
}

robj *lookupKeyReadOrReply(client *c, robj *key, robj *reply) {
    //到db中查詢資料
    robj *o = lookupKeyRead(c->db, key);
    // 寫入到快取中
    if (!o) addReply(c,reply);
    return o;
}

在 getCommand 函數中查詢到資料，然後呼叫 addReply 將要返回的資料寫入使用者端輸出緩衝區。

資料回寫使用者端#

在上面執行完命令寫入到緩衝區後，還需要從緩衝區取出資料返回給 Client。對於資料回寫使用者端這個流程來說，其實也是在伺服器端的事件迴圈中完成的。

首先 Redis 會在 main 函數中呼叫 aeSetBeforeSleepProc 函數將回寫包的函數 beforeSleep 註冊到 eventLoop 中去；
然後 Redis 在呼叫 aeMain 函數進行事件迴圈的時候都會判斷一下 beforesleep 有沒有被設值，如果有，那麼就會進行呼叫；
beforesleep 函數裡面會呼叫到 handleClientsWithPendingWrites 函數，它會呼叫 writeToClient 將資料從緩衝區中回寫給使用者端；