Redis设计与实现之事件

一、事件

1、文件事件

读事件

写事件

2、时间事件

3、时间事件应用实例:服务器常规操作

4、事件的执行与调度

5、事件是否有重要性级别或优先级？需要立即处理还是可以延迟处理？

6、事件的类型是什么？是针对键的操作，还是集群的状态变化？

二、小结

一、事件

事件是 Redis 服务器的核心，它处理两项重要的任务:

处理文件事件:在多个客户端中实现多路复用，接受它们发来的命令请求，并将命令的执行结果返回给客户端。
时间事件:实现服务器常规操作(server cron job)。

本文以下内容就来介绍这两种事件，以及它们背后的运作模式。

1、文件事件

Redis 服务器通过在多个客户端之间进行多路复用，从而实现高效的命令请求处理:多个客户端通过套接字连接到 Redis 服务器中，但只有在套接字可以无阻塞地进行读或者写时，服务器才会和这些客户端进行交互。

Redis 将这类因为对套接字进行多路复用而产生的事件称为文件事件(file event)，文件事件可以分为读事件和写事件两类。

读事件

读事件标志着客户端命令请求的发送状态。

当一个新的客户端连接到服务器时，服务器会给为该客户端绑定读事件，直到客户端断开连接之后，这个读事件才会被移除。读事件在整个网络连接的生命期内，都会在等待和就绪两种状态之间切换:

• 当客户端只是连接到服务器，但并没有向服务器发送命令时，该客户端的读事件就处于等待状态。

• 当客户端给服务器发送命令请求，并且请求已到达时(相应的套接字可以无阻塞地执行读操作)，该客户端的读事件处于就绪状态。作为例子，下图展示了三个已连接到服务器、但并没有发送命令的客户端:

这三个客户端的状态如下表:

之后，当客户端 X 向服务器发送命令请求，并且命令请求已到达时，客户端 X 的读事件状态变为就绪:

这时，三个客户端的状态如下表(只有客户端 X 的状态被更新了):

当事件处理器被执行时，就绪的文件事件会被识别到，相应的命令请求会被发送到命令执行器，并对命令进行求值。

写事件

写事件标志着客户端对命令结果的接收状态。

和客户端自始至终都关联着读事件不同，服务器只会在有命令结果要传回给客户端时，才会为客户端关联写事件，并且在命令结果传送完毕之后，客户端和写事件的关联就会被移除。

一个写事件会在两种状态之间切换:

• 当服务器有命令结果需要返回给客户端，但客户端还未能执行无阻塞写，那么写事件处于等待状态。

• 当服务器有命令结果需要返回给客户端，并且客户端可以进行无阻塞写，那么写事件处于就绪状态。

当客户端向服务器发送命令请求，并且请求被接受并执行之后，服务器就需要将保存在缓存内的命令执行结果返回给客户端，这时服务器就会为客户端关联写事件。

作为例子，下图展示了三个连接到服务器的客户端，其中服务器正等待客户端 X 变得可写，从而将命令的执行结果返回给它:

此时三个客户端的事件状态分别如下表:

当客户端 X 的套接字可以进行无阻塞写操作时，写事件就绪，服务器将保存在缓存内的命令执行结果返回给客户端: 此时三个客户端的事件状态分别如下表(只有客户端 X 的状态被更新了):

当命令执行结果被传送回客户端之后，客户端和写事件之间的关联会被解除(只剩下读事件)，至此，返回命令执行结果的动作执行完毕:

Note: 同时关联写事件和读事件

前面提到过，读事件只有在客户端断开和服务器的连接时，才会被移除。

这也就是说，当客户端关联写事件的时候，实际上它在同时关联读/写两种事件。

因为在同一次文件事件处理器的调用中，单个客户端只能执行其中一种事件(要么读，要么写，但不能又读又写)，当出现读事件和写事件同时就绪的情况时，事件处理器优先处理读事件。

这也就是说，当服务器有命令结果要返回客户端，而客户端又有新命令请求进入时，服务器先处理新命令请求。

2、时间事件

时间事件记录着那些要在指定时间点运行的事件，多个时间事件以无序链表的形式保存在服务器状态中。每个时间事件主要由三个属性组成:

• when :以毫秒格式的 UNIX 时间戳为单位，记录了应该在什么时间点执行事件处理函数。

• timeProc :事件处理函数。
• next 指向下一个时间事件，形成链表。

根据 timeProc 函数的返回值，可以将时间事件划分为两类:

如果事件处理函数返回ae.h/AE_NOMORE，那么这个事件为单次执行事件:该事件会在指定的时间被处理一次，之后该事件就会被删除，不再执行。
如果事件处理函数返回一个非AE_NOMORE的整数值，那么这个事件为循环执行事件:该事件会在指定的时间被处理，之后它会按照事件处理函数的返回值，更新事件的 when 属性，让这个事件在之后的某个时间点再次运行，并以这种方式一直更新并运行下去。可以用伪代码来表示这两种事件的处理方式:
```
def handle_time_event(server, time_event):
    # 执行事件处理器，并获取返回值
    # 返回值可以是 AE_NOMORE ，或者一个表示毫秒数的非符整数值 
    retval = time_event.timeProc()
    if retval == AE_NOMORE:
    # 如果返回 AE_NOMORE ，那么将事件从链表中删除，不再执行
        server.time_event_linked_list.delete(time_event) 
    else:
    # 否则，更新事件的 when 属性
    # 让它在当前时间之后的 retval 毫秒之后再次运行 
        time_event.when = unix_ts_in_ms() + retval
```
当时间事件处理器被执行时，它遍历所有链表中的时间事件，检查它们的到达事件(when 属性)，并执行其中的已到达事件:
```
def process_time_event(server): 
    # 遍历时间事件链表
    for time_event in server.time_event_linked_list: 
        # 检查事件是否已经到达
        if time_event.when >= unix_ts_in_ms():
            # 处理已到达事件 
            handle_time_event(server, time_event)
```
Note: 无序链表并不影响时间事件处理器的性能
在目前的版本中，正常模式下的 Redis 只带有 serverCron 一个时间事件，而在 benchmark 模式下，Redis 也只使用两个时间事件。在这种情况下，程序几乎是将无序链表退化成一个指针来使用，所以使用无序链表来保存时间事件，并不影响事件处理器的性能。

3、时间事件应用实例:服务器常规操作

对于持续运行的服务器来说，服务器需要定期对自身的资源和状态进行必要的检查和整理，从而让服务器维持在一个健康稳定的状态，这类操作被统称为常规操作(cron job)。在 Redis 中，常规操作由 redis.c/serverCron 实现，它主要执行以下操作:

• 更新服务器的各类统计信息，比如时间、内存占用、数据库占用情况等。

• 清理数据库中的过期键值对。
• 对不合理的数据库进行大小调整。
• 关闭和清理连接失效的客户端。
• 尝试进行 AOF 或 RDB 持久化操作。
• 如果服务器是主节点的话，对附属节点进行定期同步。
• 如果处于集群模式的话，对集群进行定期同步和连接测试。

Redis 将 serverCron 作为时间事件来运行，从而确保它每隔一段时间就会自动运行一次，又因为 serverCron 需要在 Redis 服务器运行期间一直定期运行，所以它是一个循环时间事件: serverCron 会一直定期执行，直到服务器关闭为止。

在 Redis 2.6 版本中，程序规定 serverCron 每隔 10 毫秒就会被运行一次。从 Redis 2.8 开始， 10 毫秒是 serverCron 运行的默认间隔，而具体的间隔可以由用户自己调整。

4、事件的执行与调度

既然 Redis 里面既有文件事件，又有时间事件，那么如何调度这两种事件就成了一个关键问题。简单地说，Redis 里面的两种事件呈合作关系，它们之间包含以下三种属性:

一种事件会等待另一种事件执行完毕之后，才开始执行，事件之间不会出现抢占。
事件处理器先处理文件事件(处理命令请求)，再执行时间事件(调用serverCron)
文件事件的等待时间(类poll函数的最大阻塞时间)，由距离到达时间最短的时间事件决定。

这些属性表明，实际处理时间事件的时间，通常会比时间事件所预定的时间要晚，至于延迟的时间有多长，取决于时间事件执行之前，执行文件事件所消耗的时间。

比如说，以下图表就展示了，虽然时间事件 TE 1 预定在 t1 时间执行，但因为文件事件 FE 1 正在运行，所以 TE 1 的执行被延迟了:

另外，对于像 serverCron 这类循环执行的时间事件来说，如果事件处理器的返回值是 t ，那么 Redis 只保证:

如果两次执行时间事件处理器之间的时间间隔大于等于t，那么这个时间事件至少会被处理一次。
而并不是说，每隔 t 时间，就一定要执行一次事件——这对于不使用抢占调度的 Redis 事件处理器来说，也是不可能做到的

举个例子，虽然 serverCron (sC)设定的间隔为 10 毫秒，但它并不是像如下那样每隔 10 毫

秒就运行一次:

在实际中，serverCron 的运行方式更可能是这样子的:

根据情况，如果处理文件事件耗费了非常多的时间，serverCron 被推迟到一两秒之后才能执行，也是有可能的。整个事件处理器程序可以用以下伪代码描述:

def process_event():
    # 获取执行时间最接近现在的一个时间事件
    te = get_nearest_time_event(server.time_event_linked_list)
    # 检查该事件的执行时间和现在时间之差
    # 如果值 <= 0 ，那么说明至少有一个时间事件已到达 # 如果值 > 0 ，那么说明目前没有任何时间事件到达 
    nearest_te_remaind_ms = te.when - now_in_ms()
    if nearest_te_remaind_ms <= 0:
    # 如果有时间事件已经到达
    # 那么调用不阻塞的文件事件等待函数 
        poll(timeout=None)
    else:
        # 如果时间事件还没到达
        # 那么阻塞的最大时间不超过 te 的到达时间 
        poll(timeout=nearest_te_remaind_ms)
        # 处理已就绪文件事件 
        process_file_events()
        # 处理已到达时间事件 
        process_time_event()

通过这段代码，可以清晰地看出:
• 到达时间最近的时间事件，决定了poll的最大阻塞时长。 • 文件事件先于时间事件处理。

将这个事件处理函数置于一个循环中，加上初始化和清理函数，这就构成了 Redis 服务器的主函数调用:

def redis_main(): 
    # 初始化服务器
    init_server()
    # 一直处理事件，直到服务器关闭为止 
    while server_is_not_shutdown():
        process_event()
        # 清理服务器 
        clean_server()

5、事件是否有重要性级别或优先级？需要立即处理还是可以延迟处理？

Redis事件没有定义重要性级别或优先级。所有的事件都会按照发生的顺序进行处理，没有特定的顺序要求。因此，Redis事件可以根据需要进行立即处理，也可以延迟处理。

6、事件的类型是什么？是针对键的操作，还是集群的状态变化？

Redis事件的类型有两种，分别是针对键的操作事件和集群的状态变化事件。

针对键的操作事件（Key Event）：这些事件与键的操作相关，包括以下几种类型：
- SET：当一个键被设置或修改时触发。
- GET：当一个键被获取时触发。
- DEL：当一个键被删除时触发。
- EXPIRE：当一个键的过期时间被设置时触发。
- EXPIRED：当一个键的过期时间到达时触发。
- RENAME：当一个键被重命名时触发。
- PERSIST：当一个键的过期时间被移除时触发。
- ...
集群的状态变化事件（Cluster Event）：这些事件与Redis集群的状态变化相关，包括以下几种类型：
- NODE ADDED：当一个新的节点加入集群时触发。
- NODE REMOVED：当一个节点被移除集群时触发。
- NODE UPDATED：当一个节点的状态或信息发生变化时触发。
- SLOT ASSIGNED：当一个槽位被指派给一个节点时触发。
- SLOT UNASSIGNED：当一个槽位从一个节点上移除时触发。
- ...