来聊聊Redis所实现的Reactor模型

写在文章开头

我们都知道解决C10k问题的最好方案就是通过在IO多路复用的基础上通过reactor模型实现高性能的网络并发程序，借助这个设计，redis的主线程也是基于IO多路复用以reactor模型的思路实现了一个高性能的单线程内存数据，本文将带领读者从源码的角度来查看redis关于reactor模型的设计。

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Hi，我是 sharkChili ，是个不断在硬核技术上作死的 java coder ，是 CSDN的博客专家 ，也是开源项目 Java Guide 的维护者之一，熟悉 Java 也会一点 Go ，偶尔也会在 C源码 边缘徘徊。写过很多有意思的技术博客，也还在研究并输出技术的路上，希望我的文章对你有帮助，非常欢迎你关注我的公众号： 写代码的SharkChili 。

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详解Redis中的Reactor模型

Reactor模型扫盲

在此之前我们先来了解一下Reactor模型，在高性能网络并发程序的设计中，Reactor模型通过reactor接收用户连接事件、读事件、写事件这些网络事件，得到连接事件之后通过acceptor为其分配handler，后续的这些客户端的读写事件都会交由handler完成读写事件的处理，由此实现尽可能少的线程处理尽可能多的连接。

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详解reactor的实现

上文我们简单的对Reactor模型进行了简单的扫盲，接下来我们将从redis的源码来了解redis对于Reactor模型的实现，我们都知道Reactor模型是通过reactor接收连接、读、写三种事件的，这一点我们可以直接在main方法看到aeMain的调用，该方法内部本质就是通过epoll模型进行非阻塞获取就的网络事件：

int main(int argc, char **argv) {//前置初始化步骤//......//事件循环轮询前置操作aeSetBeforeSleepProc(server.el,beforeSleep);//执行事件驱动框架，循环处理各种触发的事件aeMain(server.el);//事件循环后置操作aeDeleteEventLoop(server.el);return 0;
}

我们步入aeMain方法，可以看到只要eventLoop没有停止就会无限循环调用aeProcessEvents获取并处理就绪的事件：

void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) {eventLoop->stop = 0;while (!eventLoop->stop) {//......//轮询并处理就绪的事件aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS);}
}

步入aeProcessEvents方法，我们就可以看到redis通过对于epoll的封装函数aeApiPoll非阻塞获取就绪的IO事件，注意笔者所强调的非阻塞获取，这也就是为什么redis仅仅用一个主线程即可实现Reactor模型的原因所在。

int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags)
{//......//非阻塞获取就绪事件numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp);for (j = 0; j < numevents; j++) {//......//处理事件processed++;}}/* Check time events */if (flags & AE_TIME_EVENTS)processed += processTimeEvents(eventLoop);return processed; /* return the number of processed file/time events */
}

对此我们再次步入aeApiPoll实现可以看到redis对于epoll的调用epoll_wait，得到事件数retval 之后，直接基于retval遍历eventLoop的events这里面存储的就是所有收到的事件aeFiredEvent，redis会根据其事件类型累加对应的事件mask值，例如如果是得到的事件类型是EPOLLIN则mask值会加上AE_READABLE(1)，若是标准输出事件EPOLLOUT则累加AE_WRITABLE即2:

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对应的我们给出这段基于epoll实现reacor的实现，可以看到其reactor通过事件轮询获取对应的事件类型再将其封装为aeFileEvent存到事件数组eventLoop->fired中：

static int aeApiPoll(aeEventLoop *eventLoop, struct timeval *tvp) {aeApiState *state = eventLoop->apidata;int retval, numevents = 0;retval = epoll_wait(state->epfd,state->events,eventLoop->setsize,tvp ? (tvp->tv_sec*1000 + tvp->tv_usec/1000) : -1);if (retval > 0) {int j;numevents = retval;//遍历事件for (j = 0; j < numevents; j++) {int mask = 0;struct epoll_event *e = state->events+j;//根据事件类型累加读写的mask值if (e->events & EPOLLIN) mask |= AE_READABLE;if (e->events & EPOLLOUT) mask |= AE_WRITABLE;if (e->events & EPOLLERR) mask |= AE_WRITABLE;if (e->events & EPOLLHUP) mask |= AE_WRITABLE;//将该事件存到fired数组中eventLoop->fired[j].fd = e->data.fd;eventLoop->fired[j].mask = mask;}}//返回事件数return numevents;
}

详解事件的封装

上文我们提到一个aeFileEvent 事件的概念，该个事件结构如下图所示，它通过mask标记当前IO事件类型，在epoll轮询到事件时，它并通过rfileProc读事件处理指针和wfileProc写文件处理保存针对网络IO事件的处理函数，注意这个处理函数我们完全可以直接理解为reactor模型中的handler，最后用clientData记录客户端私有数据的指针：

typedef struct aeFileEvent {//记录事件读写类型，如果是读事件READABLE则mask+1，若是写事件WRITABLE则加2int mask; /* one of AE_(READABLE|WRITABLE) *///读事件处理器指针指向读事件处理函数handleraeFileProc *rfileProc;//写事件处理器指针指向读事件处理函数handleraeFileProc *wfileProc;//记录客户端私有数据指针void *clientData;
} aeFileEvent;

这里我们以服务端socket初始化阶段为例展示一下aeFileEvent对应处理器的初始化过程，我们在redis服务端启动的main函数可以看到initServer的调用，该方法会为当前服务端socket套接字的文件描述符绑定读事件的处理器acceptTcpHandler：

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对应的我们给出这一段事件绑定handler的逻辑的核心代码段:


int main(int argc, char **argv) {//......//server初始化，其内部会完成数据结构、键值对数据库初始化、网络框架初始化工作initServer();
}
void initServer(void) {//......for (j = 0; j < server.ipfd_count; j++) {//为每一个监听服务端socket的读事件绑定对应的TCP处理器acceptTcpHandler，并将其注册到eventLoop中if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE,acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR){redisPanic("Unrecoverable error creating server.ipfd file event.");}}//......
}

轮询并分发到handler

上述步骤完成redis server的事件注册之后，main方法的aeMain函数就会通过epoll轮询eventLoop中是否有就绪的IO事件，如果redis server的fd的读事件就绪就会交给当前对应的读处理器完成redis客户端初始化工作，后续redis客户端套接字的fd也会将读写事件注册到eventLoop中，如此一来所有的服务端和客户端socket的读写事件都会注册到epoll上，让epoll作为reactor进行轮询，然后根据读写事件分配到各自的handler即rfileProc/wfileProc 指针所指向的函数上。
这里我们补充的一下rfileProc/wfileProc指针指向的函数列表:

rfileProc:如果是redis服务端则该指针指向acceptTcpHandler处理新连接，如果是客户端则指向readQueryFromClient处理客户端的命令。
wfileProc:该指针服务端和客户端都一样，指向sendReplyToClient用于将响应结果发送给客户端。

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对应的我们给出上述描述的核心代码段，可以看到main方法会调用aeMain开始事件轮询：

int main(int argc, char **argv) {//前置初始化步骤//......//事件循环轮询前置操作aeSetBeforeSleepProc(server.el,beforeSleep);//执行事件驱动框架，循环处理各种触发的事件aeMain(server.el);//事件循环后置操作aeDeleteEventLoop(server.el);return 0;
}

步入aeMain即可看到无限循环传入eventLoop查看是否有就绪的事件：

void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) {eventLoop->stop = 0;while (!eventLoop->stop) {//......//传入eventLoop查看是否有socket的事件就绪aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS);}
}

继续步入aeProcessEvents即看到轮询就绪事件、acceptor调用acceptTcpHandler分发到读写的处理器handler上、后续客户端都会基于读写handler完成事件处理这样一套核心的reactor模型设计：

int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags)
{//......//调用epoll获取所有就绪的socket的读写事件numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp);for (j = 0; j < numevents; j++) {//获取当前事件的读写类型为mask赋值aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[eventLoop->fired[j].fd];int mask = eventLoop->fired[j].mask;int fd = eventLoop->fired[j].fd;int rfired = 0;//如果是读事件则交给rfileProc指向的函数，可以是服务端socket的连接处理器acceptTcpHandler，也可能是客户端的命令处理器readQueryFromClientif (fe->mask & mask & AE_READABLE) {rfired = 1;fe->rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);}//如果是写事件则调用wfileProc指向的sendReplyToClient将结果发送给客户端if (fe->mask & mask & AE_WRITABLE) {if (!rfired || fe->wfileProc != fe->rfileProc)fe->wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);}processed++;}}//......
}

小结

自此我们将redis单线程的reactor模型设计都分析完成了，希望对你有帮助。

我是 sharkchili ，CSDN Java 领域博客专家，开源项目—JavaGuide contributor，我想写一些有意思的东西，希望对你有帮助，如果你想实时收到我写的硬核的文章也欢迎你关注我的公众号： 写代码的SharkChili 。
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