Redis服务器剖析

本文主要分析redis服务器的工作的实现原理，事件，以及redis与memcache处理高并发请求的对比。

1. Redis的工作流程

首先从宏观上来看一下redis如何处理一个请求，以set key value为例，分为以下4步：

(1) client向server发送命令请求set key value



client会将

set key value
转换成协议：

*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nKEY\r\n$5\r\nVALUE\r\n然后将这段协议内容发给服务器。

(2) 当client与server的socket可用时（IO多路复用技术，稍后介绍），server将协议内容保存到redisClient的输入缓冲区；然后分析命令，保存到argc和argv中。

(3) 命令执行器

根据argv[0]在command table中查找set命令，执行预备操作（判断参数、身份验证等）后，调用命令执行；

(4) 当client socket变为可写状态时，服务器执行命令回复处理器（函数），将保存在client输出缓冲区的"OK"回复给client。

2. Redis的事件

Redis服务器是一个事件驱动程序，event是server对socket操作的一种抽象，每次的accept、read、write等都会产生一个event，服务器需要处理如下两类事件：

file event（文件事件）
time event（时间事件）
接下来主要介绍file event。

首先需要了解IO多路复用，这一点请参考另一篇博客。
接下来，我们来了解redis的网络事件处理器——file event handler

file event handler采用IO multiplexing来监听多个socket，并根据socket的任务来关联不同的handler(functoin)；
每一个accept、read、write、close都会产生一个event，socket被封装在event中；

它的构成如下：



如图，IO多路复用程序负责监听多个socket，每当一个socket可用时，IO多路复用程序便会产生一个file event，并将产生事件的socket放入一个队列，如下图：



当一个socket产生的event被处理完毕后，IO多路复用程序才会向文件事件分派器传送下一个socket。

由以上，file event handler以单线程方式运行，但通过IO多路复用技术来监听socket，既实现了高性能的网络通信模型，又可以很好地与redis server中其它同样以单线程运行的模块对接，从而保证了redis实现的简单性。

我们来看IO多路复用程序是如何实现的：

Redis的IO multiplexing的实现都是通过包装常见的select、epoll(Liunx)、kqueue(BSD)、evport(Solaris)的IO多路复用函数库实现的，具体在文件ae_select.c, ae_epoll.c, ae_kqueue.c中实现；

Redis源码中用#include macro定义了相应的规则，使系统自动选择性能最高的IO多路复用函数库作为其底层实现。

3. Redis与Memcached的比较

从实验中可以看出，redis的速度非常快；作为单线程的redis为什么快？先给出以下三点原因：

绝大部分操作时基于内存的（非常快）；
采用单线程，避免了高并发时线程之间的上下文交换和竞争条件；
采用异步非阻塞IO，它的性能远高于同步阻塞IO。

另外，redis采用了epoll+自己实现的简单event框架，绝不在io上浪费一点时间。由于网络IO是瓶颈，redis在这一点上作了很好地处理。

有的人分析了CAS(compare & set或者compare & swap)问题，CAS是memcached中一种比较方便的防止竞争修改资源的一种方法。虽然开销非常小，但不排除高并发情况下对memcached的性能有微小影响。

CAS是cpu指令支持的一种原子操作，GCC、windows、C++中各有对CAS不同的实现，类似的原子操作还有：

fetch and add(原子+1)，test and set（写值到内存并返回旧值）等等。

下面的网址有如何用CAS来实现无锁队列（lock free queues）：

http://coolshell.cn/articles/8239.html