内容简介：Redis基于多路复用技术实现了一套简单的事件驱动库，代码在ae.h、ae.c以及ae_epoll.c、ae_evport.c和ae_kqueue.c、ae_select.c这几个文件中。其中ae表示的是antirez eventloop的意思。
Redis基于多路复用技术实现了一套简单的事件驱动库，代码在ae.h、ae.c以及ae_epoll.c、ae_evport.c和ae_kqueue.c、ae_select.c这几个文件中。其中ae表示的是antirez eventloop的意思。
Redis里面包含两种事件类型:FileEvent和TimeEvent。
Redis采用IO多路复用技术，所有的事件都是在一个线程中进行处理。Redis的事件驱动模型可以以以下为代码进行表示:
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int main(int argc,char **argv) { while(true) { // 等待事件到来:wait4Event(); // 处理事件:processEvent() } } |
在一个死循环中等待事件的到来，然后对事件进行处理，以此往复。这就是一个最经典的网络编程模型。
1.基本数据结构
aeEventLoop
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/* State of an event based program */ typedef struct aeEventLoop { int maxfd; /* highest file descriptor currently registered */ int setsize; /* max number of file descriptors tracked */ long long timeEventNextId; time_t lastTime; /* Used to detect system clock skew */ aeFileEvent *events; /* Registered events */ aeFiredEvent *fired; /* Fired events */ aeTimeEvent *timeEventHead; int stop; void *apidata; /* This is used for polling API specific data */ aeBeforeSleepProc *beforesleep; } aeEventLoop; |
aeEventLoop是Redis中事件驱动模型的核心，封装了整个事件循环，其中每个字段解释如下：
maxfd:已经接受的最大的文件描述符。setsize:当前循环中所能容纳的文件描述符的数量。timeEventNextId:下一个时间事件的ID.lastTime:上一次被访问的时间，用来检测系统时钟是否被修改。events:指针，指向保存所有注册的事件的数组首地址。fired:指针，保存所有已经买被触发的事件的数组首地址。timeEventHead:Redis用一个链表来存储所有的时间事件，timeEventHead是指向这个链表的首节点指针。stop:停止整个事件循环。apiData:指针，指向epoll结构。beforeSleep:函数指针。每次实现循环的时候，在阻塞直到时间到来之前，会先调用这个函数。
aeFileEvent和aeTimeEvent
这两个结构分别表示文件事件和时间事件，定义如下
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typedef struct aeFileEvent { int mask; /* one of AE_(READABLE|WRITABLE) */ aeFileProc *rfileProc; // 函数指针，写事件处理 aeFileProc *wfileProc; // 函数指针，读事件处理 void *clientData; // 具体的数据 } aeFileEvent; |
其中mask表示文件事件类型掩码，可以是AE_READABLE表示是可读事件，AE_WRITABLE为可写事件。aeFileProc是函数指针。
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/* Time event structure */ typedef struct aeTimeEvent { long long id; // 事件ID long when_sec; // 事件触发的时间:s long when_ms; // 事件触发的时间:ms aeTimeProc *timeProc; // 函数指针 aeEventFinalizerProc *finalizerProc; // 函数指针:在对应的aeTieEvent节点被删除前调用，可以理解为aeTimeEvent的析构函数 void *clientData; // 指针，指向具体的数据 struct aeTimeEvent *next; // 指向下一个时间事件指针 } aeTimeEvent; |
aeFiredEvent
aeFiredEvent结构表示一个已经被触发的事件，结果如下:
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/* A fired event */ typedef struct aeFiredEvent { int fd; // 事件被触发的文件描述符 int mask; // 被触发事件的掩码，表示被触发事件的类型 } aeFiredEvent; |
fd表示事件发生在哪个文件描述符上面，mask用来表示具体事件的类型。
aeApiState
Redis底层采用IO多路复用技术实现高并发，具体实现可以采用kqueue、select、epoll等技术。对于Linux来说，epoll的性能要优于select，所以以epoll为例来进行分析。
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typedef struct aeApiState { int epfd; struct epoll_event *events; } aeApiState; |
aeApiState封装了跟epoll相关的数据，epfd保存epoll_create()返回的文件描述符。
具体实现细节
事件循环启动:aeMain()
事件驱动的启动代码位于ae.c的aeMain()函数中，代码如下:
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void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) { eventLoop->stop = 0; while (!eventLoop->stop) { if (eventLoop->beforesleep != NULL) eventLoop->beforesleep(eventLoop); aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS); } } |
从aeMain()方法中可以看到，整个事件驱动是在一个while()循环中不停地执行aeProcessEvents()方法，在这个方法中执行从客户端发送过来的请求。
初始化:aeCreateEventLoop()
aeEventLoop的初始化是在aeCreateEventLoop()方法中进行的，这个方法是在server.c中的initServer()中调用的。实现如下:
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aeEventLoop *aeCreateEventLoop(int setsize) { aeEventLoop *eventLoop; int i; if ((eventLoop = zmalloc(sizeof(*eventLoop))) == NULL) goto err; eventLoop->events = zmalloc(sizeof(aeFileEvent)*setsize); eventLoop->fired = zmalloc(sizeof(aeFiredEvent)*setsize); if (eventLoop->events == NULL || eventLoop->fired == NULL) goto err; eventLoop->setsize = setsize; eventLoop->lastTime = time(NULL); eventLoop->timeEventHead = NULL; eventLoop->timeEventNextId = 0; eventLoop->stop = 0; eventLoop->maxfd = -1; eventLoop->beforesleep = NULL; // 调用aeApiCreate()初始化epoll相关的数据 if (aeApiCreate(eventLoop) == -1) goto err; /* Events with mask == AE_NONE are not set. So let's initialize the * vector with it. */ for (i = 0; i < setsize; i++) /** * 把每个刚新建的aeFileEvent.mask设置为AE_NONE * 这点是必须的 */ eventLoop->events[i].mask = AE_NONE; return eventLoop; err: if (eventLoop) { zfree(eventLoop->events); zfree(eventLoop->fired); zfree(eventLoop); } return NULL; } |
在这个方法中主要就是给aeEventLoop对象分配内存然后并进行初始化。其中关键的地方有：
1、调用aeApiCreate()初始化epoll相关的数据。aeApiCreate()实现如下:
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static int aeApiCreate(aeEventLoop *eventLoop) { // 1.分配内存 aeApiState *state = zmalloc(sizeof(aeApiState)); if (!state) return -1; // 1.分配events内存，epoll_event的大小为setsize state->events = zmalloc(sizeof(struct epoll_event)*eventLoop->setsize); if (!state->events) { zfree(state); return -1; } // 2.调用epoll_create()生成epoll文件描述符，并保存在epfd这个域中 state->epfd = epoll_create(1024); /* 1024 is just a hint for the kernel */ if (state->epfd == -1) { zfree(state->events); zfree(state); return -1; } // 把apidata指针指向第一步中分配的内存地址 eventLoop->apidata = state; return 0; } |
在aeApiCreate()方法中主要完成以下三件事：
1. 分配aeApiState结构需要的内存。
2. 调用epoll_create()方法生成epoll的文件描述符，并保存在aeApiState.epfd字段中。
3. 把第一步分配的aeApiState的内存地址保存在EventLoop->apidata字段中。
2、初始化events中的mask字段为为AE_NONE。
生成fileEvent:aeCreateFileEvent()
Redis使用aeCreateFileEvent()来生成fileEvent，代码如下:
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int aeCreateFileEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask, aeFileProc *proc, void *clientData) { // 1. 检查新增的fd是否超过所能容纳最大值 if (fd >= eventLoop->setsize) { errno = ERANGE; return AE_ERR; } aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[fd]; // 2. 调用aeApiAddEvent()方法把对应的fd以mask模式添加到epoll监听器中 if (aeApiAddEvent(eventLoop, fd, mask) == -1) return AE_ERR; // 3. 设置相应的字段值 fe->mask |= mask; if (mask & AE_READABLE) fe->rfileProc = proc; if (mask & AE_WRITABLE) fe->wfileProc = proc; fe->clientData = clientData; if (fd > eventLoop->maxfd) // 如果有需要则修改maxfd字段的值 eventLoop->maxfd = fd; return AE_OK; } |
aeCreateFileEvent()方法主要做了一下三件事:
- 检查新增的fd是否超过所能容纳最大值。
- 调用aeApiAddEvent()方法把对应的fd以mask模式添加到epoll监听器中。
设置相应的字段值。其中最关键的步骤是第二步，aeApiAddEvent()方法如下：
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static int aeApiAddEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask) { aeApiState *state = eventLoop->apidata; struct epoll_event ee = {0}; /* avoid valgrind warning */ /* If the fd was already monitored for some event, we need a MOD * operation. Otherwise we need an ADD operation. */ int op = eventLoop->events[fd].mask == AE_NONE ? EPOLL_CTL_ADD : EPOLL_CTL_MOD; ee.events = 0; mask |= eventLoop->events[fd].mask; /* Merge old events */ if (mask & AE_READABLE) ee.events |= EPOLLIN; if (mask & AE_WRITABLE) ee.events |= EPOLLOUT; ee.data.fd = fd; if (epoll_ctl(state->epfd,op,fd,&ee) == -1) return -1; return 0; } |
生成timeEvent:aeCreateTimeEvent()
aeCreateTimeEvent()方法主要是用来生成timeEvent节点，其实现比较简单，代码如下所示:
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long long aeCreateTimeEvent(aeEventLoop *eventLoop, long long milliseconds, aeTimeProc *proc, void *clientData, aeEventFinalizerProc *finalizerProc) { // 1. 获取id long long id = eventLoop->timeEventNextId++; aeTimeEvent *te; // 2. 分配内存 te = zmalloc(sizeof(*te)); if (te == NULL) return AE_ERR; // 3. 设置aeTimeEvent的各个字段的值 te->id = id; aeAddMillisecondsToNow(milliseconds,&te->when_sec,&te->when_ms); te->timeProc = proc; te->finalizerProc = finalizerProc; te->clientData = clientData; // timeEventHead总是指向最新添加的timeEvent节点 te->next = eventLoop->timeEventHead; eventLoop->timeEventHead = te; return id; } |
处理timeEevnt:processTimeEvents()
Redis在processTimeEvents()方法中来处理所有的timeEvent，实现如下:
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static int processTimeEvents(aeEventLoop *eventLoop) { int processed = 0; aeTimeEvent *te, *prev; long long maxId; time_t now = time(NULL); /** * 如果系统时间被调整到将来某段时间然后又被设置回正确的时间, * 这种情况下链表中的timeEvent有可能会被随机的延迟执行,因 * 此在这个情况下把所有的timeEvent的触发时间设置为0表示及执行 */ if (now < eventLoop->lastTime) { te = eventLoop->timeEventHead; while(te) { te->when_sec = 0; te = te->next; } } eventLoop->lastTime = now; // 设置上次运行时间为now prev = NULL; te = eventLoop->timeEventHead; maxId = eventLoop->timeEventNextId-1; while(te) { long now_sec, now_ms; long long id; /** * 删除已经被标志位 删除 的时间事件 */ if (te->id == AE_DELETED_EVENT_ID) { aeTimeEvent *next = te->next; if (prev == NULL) eventLoop->timeEventHead = te->next; else prev->next = te->next; if (te->finalizerProc) // 在时间事件节点被删除前调用finlizerProce()方法 te->finalizerProc(eventLoop, te->clientData); zfree(te); te = next; continue; } if (te->id > maxId) { /** * te->id > maxId 表示当前te指向的timeEvent为当前循环中新添加的, * 对于新添加的节点在本次循环中不作处理。 * PS:为什么会出现这种情况呢？有可能是在timeProc()里面会注册新的timeEvent节点? * 对于当前的Redis版本中不会出现te->id > maxId这种情况 */ te = te->next; continue; } aeGetTime(&now_sec, &now_ms); if (now_sec > te->when_sec || (now_sec == te->when_sec && now_ms >= te->when_ms)) { // 如果当前时间已经超过了对应的timeEvent节点设置的触发时间， // 则调用timeProc()方法执行对应的任务 int retval; id = te->id; retval = te->timeProc(eventLoop, id, te->clientData); processed++; if (retval != AE_NOMORE) { // 要执行多次，则计算下次执行时间 aeAddMillisecondsToNow(retval,&te->when_sec,&te->when_ms); } else { // 如果只需要执行一次，则把id设置为-1，再下次循环中删除 te->id = AE_DELETED_EVENT_ID; } } prev = te; te = te->next; } return processed; } |
在这个方法中会
- 判断系统时间有没有调整过，如果调整过，则会把
timeEvent链表中的所有的timeEvent的触发时间设置为0，表示立即执行。 - 对
timeEvent链表进行遍历，对于每个timeEvent节点，如果有：- 如果已经被标记为删除(
AE_DELETED_EVENT_ID)，则立即释放对应节点内存，遍历下个节点。 - 如果
id大于maxId,则表示当前节点为本次循环中新增节点，咋本次循环中不错处理，继续下个节点。 - 如果当前节点的触发时间大于当前时间，则调用对应节点的
timeProc()方法执行任务。根据timeProc()方法的返回，又分为两种情况:- 返回为
AE_NOMORE，表示当前timeEvent节点属于一次性事件，标记该节点ID为AE_DELETED_EVENT_ID,表示删除节点，该节点将会在下一轮的循环中被删除。 - 返回不是
AE_NOMORE，表示当前timeEvent节点属于周期性事件，需要多次执行，调用aeAddMillisecondsToNow()方法设置下次被执行时间。
- 返回为
- 如果已经被标记为删除(
处理所有事件:aeProcessEvents()
Redis中所有的事件，包括timeEvent和fileEvent都是在aeProcessEvents()方法中进行处理的，刚方法实现如下：
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/* Process every pending time event, then every pending file event * (that may be registered by time event callbacks just processed). * Without special flags the function sleeps until some file event * fires, or when the next time event occurs (if any). * * If flags is 0, the function does nothing and returns. * if flags has AE_ALL_EVENTS set, all the kind of events are processed. * if flags has AE_FILE_EVENTS set, file events are processed. * if flags has AE_TIME_EVENTS set, time events are processed. * if flags has AE_DONT_WAIT set the function returns ASAP until all * the events that's possible to process without to wait are processed. * * The function returns the number of events processed. */ int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags) { int processed = 0, numevents; /** * 既没有时间事件也没有文件事件，则直接返回 */ if (!(flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_FILE_EVENTS)) return 0; /** * -1 == eventloop->maxfd 表示还么有任何aeFileEvent被添加到epoll * 事件循环中进行监听 */ if (eventLoop->maxfd != -1 || ((flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_DONT_WAIT))) { int j; aeTimeEvent *shortest = NULL; struct timeval tv, *tvp; /** * 如果有aeFileEvent需要处理，就先要从所有待处理的 * aeTimeEvent事件中找到最近的将要被执行的aeTimeEvent节点 * 并结算该节点触发时间 */ if (flags & AE_TIME_EVENTS && !(flags & AE_DONT_WAIT)) shortest = aeSearchNearestTimer(eventLoop); if (shortest) { long now_sec, now_ms; aeGetTime(&now_sec, &now_ms); tvp = &tv; /* How many milliseconds we need to wait for the next * time event to fire? */ // 计算epoll_wait()需要等待的时间 long long ms = (shortest->when_sec - now_sec)*1000 + shortest->when_ms - now_ms; if (ms > 0) { tvp->tv_sec = ms/1000; tvp->tv_usec = (ms % 1000)*1000; } else { tvp->tv_sec = 0; tvp->tv_usec = 0; } } else { // 如果flags设置了AE_DONT_WAIT,则设置epoll_wait()等待时间为0， // 即立刻从epoll中返回 if (flags & AE_DONT_WAIT) { tv.tv_sec = tv.tv_usec = 0; tvp = &tv; } else { /* Otherwise we can block */ tvp = NULL; /* wait forever */ } } // 调用aeApiPoll()进行阻塞等待事件的到来，等待时间为tvp numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp); for (j = 0; j < numevents; j++) { aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[eventLoop->fired[j].fd]; int mask = eventLoop->fired[j].mask; int fd = eventLoop->fired[j].fd; int rfired = 0; /* note the fe->mask & mask & ... code: maybe an already processed * event removed an element that fired and we still didn't * processed, so we check if the event is still valid. */ // fe->mask && mask 的目的是确保对应事件时候还有效 if (fe->mask & mask & AE_READABLE) { rfired = 1; fe->rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask); } if (fe->mask & mask & AE_WRITABLE) { if (!rfired || fe->wfileProc != fe->rfileProc) fe->wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask); } processed++; } } /* Check time events */ if (flags & AE_TIME_EVENTS) // 处理aeTimeEvent processed += processTimeEvents(eventLoop); return processed; /* return the number of processed file/time events */ } |
该方法的入参flag表示要处理哪些事件，可以取以下几个值 ：
AE_ALL_EVENTS:timeEvent和fileEvent都会处理。AE_FILE_EVENTS:只处理fileEvent。AE_TIME_EVENTS:只处理timeEvent。AE_DONT_WAIT:要么立马返回，要么处理完那些不需要等待的事件之后再立马返回。
aeProcessEvents()方法会做下面几件事:
- 判断传入的
flag的值，如果既不包含AE_TIME_EVENTS也不包含AE_FILE_EVENTS则直接返回。 - 计算如果有
aeFileEvent事件需要进行处理，则先计算epoll_wait()方法需要阻塞等待的时间，计算方式如下:- 先从
aeTimeEvent事件链表中找到最近的需要被触发的aeTimeEvent节点并计算需要被触发的时间，该被触发时间则为epoll_wait()需要等待的时间。 - 如果没有找到最近的
aeTimeEvent节点，表示没有aeTimeEvent节点被加入链表，则判断传入的flags是否包含AE_DONT_WAIT选项，则设置epoll_wait()需要等待时间为0，表示立即返回。 - 如果没有设置
AE_DONT_WAIT,则设置需要等待时间为NULL,表示epoll_wait()一直阻塞等待知道有fileEvent事件到来。
- 先从
- 调用
aeApiPoll()方法阻塞等待事件的到来，阻塞时间为第二步中计算的时间。aeApiPoll()实现如下：
1234567891011121314151617181920212223242526272829static int aeApiPoll(aeEventLoop *eventLoop, struct timeval *tvp) {aeApiState *state = eventLoop->apidata;int retval, numevents = 0;// 1. 根据传入的tvp计算需要等待时间，然后调用epoll_wait()进行阻塞等待retval = epoll_wait(state->epfd,state->events,eventLoop->setsize,tvp ? (tvp->tv_sec*1000 + tvp->tv_usec/1000) : -1);// 有事件到来if (retval > 0) {int j;numevents = retval;for (j = 0; j < numevents; j++) {int mask = 0;struct epoll_event *e = state->events+j;// 2. 计算到来的event的类型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;// 3. 把有事件发生的fd以及对应的mask类型拷贝到eventloop->fired数组中eventLoop->fired[j].fd = e->data.fd;eventLoop->fired[j].mask = mask;}}return numevents;}
aeApiPoll()会做下面几件事:- 根据传入的
tvp计算需要阻塞的时间，然后调用epoll_wait()进行阻塞等待。 - 有事件到来之后先计算对应事件的类型。
- 把事件发生的
fd以及对应的类型mask拷贝到fired数组中。
- 根据传入的
- 从
aeApiPoll()方法返回之后，所有事件已经就绪了的fd以及对应事件的类型mask已经保存在eventLoop->fired[]数组中。依次遍历fired数组，根据mask类型，执行对应的frileProc()或者wfileProce()方法。 - 如果传入的
flags中有AE_TIME_EVENTS,则调用processTimeEvents()执行所有已经到时间了的timeEvent。
原文出处： 天凉好个秋
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持 码农网
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