Redis（134）Redis的事件循环模型是什么？

Redis的事件循环模型是其高性能和高并发处理能力的关键。Redis使用基于reactor模式的单线程事件驱动模型来处理网络事件和文件事件。这种模型包括事件的注册、事件的分发和事件的处理。Redis源码中的ae库实现了其事件循环机制。

事件循环模型的主要组件

1. 事件循环 ：主要由aeEventLoop结构体表示，包含了所有需要处理的事件信息。
2. 文件事件：如套接字的可读/可写事件。
3. 时间事件：如定时任务。

核心数据结构

aeEventLoop 结构体

typedef struct aeEventLoop {
    int maxfd;   /* highest file descriptor currently registered */
    int setsize; /* max number of file descriptors tracked */
    long long timeEventNextId;
    aeFileEvent *events; /* Registered events */
    aeFiredEvent *fired; /* Fired events */
    aeTimeEvent *timeEventHead;
    int stop;
    void *apidata; /* This is used for polling API specific data */
    aeBeforeSleepProc *beforesleep;
    aeBeforeSleepProc *aftersleep;
} aeEventLoop;

文件事件

Redis使用aeFileEvent结构体来表示文件事件：

typedef struct aeFileEvent {
    int mask; /* one of AE_(READABLE|WRITABLE) */
    aeFileProc *rfileProc;
    aeFileProc *wfileProc;
    void *clientData;
} aeFileEvent;

时间事件

时间事件通过aeTimeEvent结构体表示：

typedef struct aeTimeEvent {
    long long id; /* time event identifier. */
    long when_sec; /* seconds */
    long when_ms; /* milliseconds */
    aeTimeProc *timeProc;
    aeEventFinalizerProc *finalizerProc;
    void *clientData;
    struct aeTimeEvent *next;
} aeTimeEvent;

事件循环的主要流程

1. 创建事件循环

创建事件循环，为文件事件和时间事件分配空间：

aeEventLoop *aeCreateEventLoop(int setsize) {
    aeEventLoop *eventLoop;
    int i;

    if ((eventLoop = malloc(sizeof(*eventLoop))) == NULL) goto err;
    eventLoop->events = malloc(sizeof(aeFileEvent)*setsize);
    eventLoop->fired = malloc(sizeof(aeFiredEvent)*setsize);
    if (eventLoop->events == NULL || eventLoop->fired == NULL) goto err;
    eventLoop->setsize = setsize;
    eventLoop->timeEventHead = NULL;
    eventLoop->timeEventNextId = 0;
    eventLoop->stop = 0;
    eventLoop->maxfd = -1;
    eventLoop->beforesleep = NULL;
    eventLoop->aftersleep = NULL;
    /* 根据操作系统，初始化不同的IO多路复用机制（如epoll, kqueue等） */
    if (aeApiCreate(eventLoop) == -1) goto err;
    /* 初始化文件事件数组 */
    for (i = 0; i < setsize; i++)
        eventLoop->events[i].mask = AE_NONE;
    return eventLoop;

err:
    if (eventLoop) {
        free(eventLoop->events);
        free(eventLoop->fired);
        free(eventLoop);
    }
    return NULL;
}

2. 注册事件

注册文件事件：

int aeCreateFileEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask,
                      aeFileProc *proc, void *clientData) {
    if (fd >= eventLoop->setsize) return AE_ERR;
    aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[fd];

    if (aeApiAddEvent(eventLoop, fd, mask) == -1)
        return AE_ERR;
    fe->mask |= mask;
    if (mask & AE_READABLE) fe->rfileProc = proc;
    if (mask & AE_WRITABLE) fe->wfileProc = proc;
    fe->clientData = clientData;
    if (fd > eventLoop->maxfd)
        eventLoop->maxfd = fd;
    return AE_OK;
}

3. 事件处理循环

在事件循环中，事件处理的主要步骤是：

1. 等待事件（调用aeApiPoll）。
2. 处理已触发的文件事件。
3. 处理时间事件。

void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) {
    eventLoop->stop = 0;
    while (!eventLoop->stop) {
        if (eventLoop->beforesleep != NULL)
            eventLoop->beforesleep(eventLoop);
        aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS);
        if (eventLoop->aftersleep != NULL)
            eventLoop->aftersleep(eventLoop);
    }
}

int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags) {
    int processed = 0, numevents;

    /* 处理时间事件 */
    if (!(flags & AE_TIME_EVENTS)) return 0;
    processed += processTimeEvents(eventLoop);

    /* 处理文件事件 */
    if (flags & AE_FILE_EVENTS) {
        numevents = aeApiPoll(eventLoop, &tvp);
        for (int 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;

            /* 处理读事件 */
            if (fe->mask & mask & AE_READABLE) {
                rfired = 1;
                fe->rfileProc(eventLoop, fd, fe->clientData, mask);
            }

            /* 处理写事件 */
            if (fe->mask & mask & AE_WRITABLE) {
                if (!rfired || fe->wfileProc != fe->rfileProc)
                    fe->wfileProc(eventLoop, fd, fe->clientData, mask);
            }

            processed++;
        }
    }

    return processed;
}

事件处理代码示例

以下是一个简单的示例，展示了如何使用Redis的事件循环模型处理文件事件：

#include "ae.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

/* 文件事件处理函数 */
void fileEventProc(aeEventLoop *eventLoop, int fd, void *clientData, int mask) {
    char buf[128];
    int n = read(fd, buf, sizeof(buf));
    if (n > 0) {
        buf[n] = '\0';
        printf("Read from fd %d: %s\n", fd, buf);
    } else if (n == 0) {
        printf("EOF on fd %d\n", fd);
        aeDeleteFileEvent(eventLoop, fd, AE_READABLE);
        close(fd);
    } else {
        perror("read");
    }
}

int main(int argc, char **argv) {
    aeEventLoop *eventLoop = aeCreateEventLoop(1024);

    // 注册标准输入的读事件
    if (aeCreateFileEvent(eventLoop, STDIN_FILENO, AE_READABLE, fileEventProc, NULL) == AE_ERR) {
        fprintf(stderr, "Could not create file event.\n");
        return 1;
    }

    // 进入事件循环
    aeMain(eventLoop);

    aeDeleteEventLoop(eventLoop);
    return 0;
}

总结

Redis的事件循环模型是其高性能和高并发处理能力的关键。通过基于reactor模式的单线程事件驱动模型，Redis能够高效地处理网络事件和文件事件。上述代码展示了事件循环的主要流程，包括创建事件循环、注册事件、处理事件等。

这种模型在处理大量并发连接时具有较高的效率，同时也简化了编程模型，使得开发和维护更加容易。