当 Redis 启动时
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2021-11-09 02:46
Redis 作为现在最受欢迎的的键值数据库，在我们后端工程师的系统开发中，扮演着非常重要的角色。它超高的读写性能、丰富的存储结构、高可用集群设计以及活跃的社区，无疑是开源内存数据库的首选。我们今天就来了解一下 Redis 是如何处理一条命令的？它在代码中又用了哪些小心思来提升性能?
数据来源 db-engines.com
在开始之前
在开始之前，确保我们已经对 Redis 的安装、运行、常用命令有了一定的了解，这样我们在尝试理解内部实现原理时才会有感性的认知。我们来复习一下吧：
通过 Docker 运行一个 Redis 容器并进入
$ docker pull redis:4
$ docker exec -p 6379:6379 -itd --name redis redis:4
# 进入容器
$ docker exec -it redis sh
复制代码通过
redis-cli连接，执行一些命令
$ redis-cli
redis-cli(6379)> set name foo
OK
redis-cli(6379)> get name
"foo"
复制代码我们看一下，在上面的过程中 Redis 到底发生什么？
从外部视角，即客户端的视角来看，可以分解为以下几步
Redis 服务启动起来
客户端与 Redis 建立连接
客户端发送
set name foo命令，返回响应OK客户端发送
get name命令，返回响应foo
那么接下来，我们从 Redis 内部视角(基于 Redis 5.0 的源码进行分析)出发，来看看，当一条命令set name foo被 Redis 接收到时，它到底“一个人抗下了多少”？
当 Redis 启动时
当 Redis 启动时，首先会对服务器进行初始化流程，包含以下的步骤：
初始化配置（系统默认配置）
加载并解析配置文件（用户配置）
初始化服务内部变量
创建事件循环 eventLoop
创建 socket 并开始监听
创建文件事件与时间事件
开始事件循环
初始化配置
第一步操作的核心函数为initServerConfig(void)，有两百多行，主要是对服务器的一些核心参数设置系统默认配置，比如：
| 核心参数 | 默认值 |
|---|---|
| 定时任务执行频率默认 | 10 |
| 监听端口号 | 6379 |
| 最大客户端数量 | 10000 |
| 客户端超时时间 | 0（永不超时） |
| 数据库数目 | 16 |
| 此外，还会进行初始化常用命令的列表。 |
加载并解析配置文件
第二步操作的核心函数为void loadServerConfig(char *filename, char *options)，参数中filename为配置文件的路径，options为命令行通过参数指定的配置信息，比如：
$ redis-server /config/redis/redis.conf -p 400
复制代码则/config/redis/redis.conf就会作为filename，-p 400作为options。在解析配置文件时，会将整个配置文件内容加载到内存，通过\n进行分割，然后将对#开头的行进行跳过，它代表是注释。
初始化服务内部变量
第三步操作的核心函数是initServer(void)，主要是初始化一些客户端链表、数据库、全局变量和共享变量等。Redis 通过复用共享变量来减少频繁的内存分配，通过函数createSharedObjects(void)来实现，共享变量都被保存在全局结构体shared中，主要有：
用于响应的字符串，比如：
shared.ok、shared.err0~10000的整数，比如：
shared.integers[1]
创建事件循环 eventLoop
第四步操作的核心函数是aeCreateEventLoop(int setsiee)，创建事件循环eventLoop，即分配结构体所需内存，并初始化结构体各字段，并调用aeApiCreate函数初始化了 epoll 对应的结构体。
创建 socket 并开始监听
第五步操作的核心函数是listenToPort(int port, int *fds, int *count)这个函数中使用了server变量，这是一个全局变量
// server.c
/* Global vars */
struct redisServer server; /* Server global state */
复制代码这个变量的初始化正提到的步骤三里操作的。server.bindaddr存储了用户在配置文件中写的所有IP地址。第五步所做的就是遍历用户配置的IP地址，建立非阻塞的 socket，进行监听。
创建文件事件与时间事件
接下来是第六步操作是创建文件事件与时间事件，Redis 把 socket 读写事件抽象为了文件事件，即aeFileEvent，通过事件循环进行执行。因此需要对刚才监听的 socket 创建对应的文件事件。创建文件事件的处理核心函数是
int aeCreateFileEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask,
aeFileProc *proc, void *clientData)
复制代码我理解的是，利用 epoll 的非阻塞特性，为每个事件绑定一个对应的处理函数，当事件发生时，调用对应的处理函数进行处理即可。比如：监听事件的处理函数为acceptTcpHandler，实现了 socket 连接请求的 accept ，以及客户端对象的创建。
时间事件由定时任务函数触发，核心处理函数是aeCreateTimeEvent，时间事件实际上只有一个，他通过链表连接多个定时任务。
开始事件循环
最后一步是开始事件循环，核心处理函数代码很少，我们来看一下
void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) {
eventLoop->stop = 0;
while (!eventLoop->stop) {
if (eventLoop->beforesleep != NULL)
eventLoop->beforesleep(eventLoop);
aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS|AE_CALL_AFTER_SLEEP);
}
}
复制代码注意到eventLoop->beforesleep函数，在每次事件循环前执行，它会执行一些不是很费时的操作，如：集群相关操作、过期键删除操作（这里可称为快速过期键删除）、向客户端返回命令回复等。之后就是aeProcessEvents函数的执行，它会阻塞等待一小会儿文件事件的响应，如果有结果了，就去执行对应的处理函数，然后再去执行一下时间事件。
总结
本篇讲解了当 Redis 启动时程序做了哪些动作：初始化配置和变量、创建事件循环、监听 socket、创建文件事件和时间事件等等。也了解到 Redis 的全局变量和共享变量的作用，在共享变量中初始化0~10000的整数这种操作，和之前学习 Python 内存管理时它的小整数池是一个思路（空间换是时间）。
作者：Zioyi
链接：https://juejin.cn/post/7027808574306779166
来源：稀土掘金
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