Redis基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計及核心網(wǎng)絡(luò)模型架構(gòu)演進(jìn)

Redis真的是單線程嗎？網(wǎng)上有很多關(guān)于這個問題的討論，得出的結(jié)論也幾乎是一致的。本文在討論這個問題之前，先定義好問題中“單線程”的概念邊界：

1.單線程指的是“核心網(wǎng)絡(luò)模型”

2.單線程指的是Redis整個服務(wù)端架構(gòu)的設(shè)計

對于邊界1，那么答案是肯定的，在Redis v6.0 版本以前，Redis的網(wǎng)絡(luò)模型一直都是單線程模式的，即使到了v6.0版本，所有客戶端命令的執(zhí)行依然是在主線程上完成的；對于邊界2，答案是否定的，Redis從發(fā)布之出就有兩個BIO(background I/O service)線程來異步處理aof持久化、關(guān)閉文件的任務(wù)，在Redis v4.0版本中又添加了一個BIO線程，將比較耗時的命令異步化，到了Redis v6.0，Redis核心的網(wǎng)絡(luò)模型也被改造成了多線程。

在概念邊界2的限制下，我們可以得出結(jié)論：Redis從來都不是單線程工作的 ！在Redis發(fā)布近十年來，在系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)過程中都遇到了哪些問題？作者antirez對這些問題是怎樣思考的？采取了什么樣的方案來改進(jìn)？探索這些問題對于開發(fā)者的成長很有價值，也是本文的寫作目的，筆者會結(jié)合相關(guān)源碼與讀者共同解答這些問題。

1. Redis基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計

性能優(yōu)異的服務(wù)離不開好的架構(gòu)設(shè)計，Redis使用 I/O multiplexing 實現(xiàn)了單線程接收海量客戶端請求；通過單線程Reactor模型實現(xiàn)了高性能的事件處理；基于條件變量實現(xiàn)的生產(chǎn)者消費者模型構(gòu)建了自己的BIO系統(tǒng)。本節(jié)先簡單介紹一下這些從Redis誕生以來就一直使用的基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計。

1.1 Redis對 I/O multiplexing 的封裝

I/O multiplexing 指的是多個網(wǎng)絡(luò)socket I/O 復(fù)用同一個線程，它解決了C10K的問題。Redis將不同的 I/O 多路復(fù)用函數(shù)封裝成相同的 API 提供給上層使用，僅僅以單線程處理網(wǎng)絡(luò)I/O，就可以為成千上萬的客戶端提供服務(wù)。

Redis的I/O多路復(fù)用模塊提供的API:

//下面的方法不同版本的redis在src目錄下的ae_epoll.c、ae_evport.c、ae_kqueue.c、ae_select.c代碼文件中都有實現(xiàn)
static?int?aeApiCreate(aeEventLoop?*eventLoop)
static?int?aeApiResize(aeEventLoop?*eventLoop,?int?setsize)
static?void?aeApiFree(aeEventLoop?*eventLoop)
static?int?aeApiAddEvent(aeEventLoop?*eventLoop,?int?fd,?int?mask)
static?void?aeApiDelEvent(aeEventLoop?*eventLoop,?int?fd,?int?mask)
static?int?aeApiPoll(aeEventLoop?*eventLoop,?struct?timeval?*tvp)

Redis可以在多個平臺上運行，所以會通過宏定義，根據(jù)編譯平臺的不同，選擇不同的I/O多路復(fù)用函數(shù)作為子模塊，提供給上層接口做封裝。

/*下面代碼在Redis不同版本的ae.c源碼文件中均包含
?*Include?the?best?multiplexing?layer?supported?by?this?system.
?*?The?following?should?be?ordered?by?performances,?descending.?*/
#ifdef?HAVE_EVPORT
#include?"ae_evport.c"
#else
????#ifdef?HAVE_EPOLL
????#include?"ae_epoll.c"
????#else
????????#ifdef?HAVE_KQUEUE
????????#include?"ae_kqueue.c"
????????#else
????????#include?"ae_select.c"
????????#endif
????#endif
#endif

Redis 會優(yōu)先選擇時間復(fù)雜度為

編輯：黃飛