Redis 架构与事件驱动源码解析

1. 引言

Redis 是一款开源的高性能内存键值数据库，被广泛应用于缓存、消息队列、实时计算等场景。
它的高性能不仅来自于数据结构优化，更依赖于单线程事件驱动架构和I/O 多路复用机制。

本文将从以下方面深入解析 Redis 的架构与事件驱动模型：

Redis 核心架构与单线程模型
事件驱动机制与源码解析
文件事件与时间事件的工作原理
客户端请求全链路流程
架构图与流程图增强版

目标读者：对 Redis 有基础了解，想深入理解其源码与事件驱动机制的开发者。

2. Redis 核心架构概览

Redis 内部可分为四个主要层次：

+-------------------------------------+
|             Redis Server            |
+-------------------------------------+
|          Networking Layer           |
|   (TCP/Unix socket + EventLoop)      |
+-------------------------------------+
|        Command Execution Layer       |
|   (Parser, Dispatcher, Data Ops)     |
+-------------------------------------+
|      Data Structures & Storage       |
|   (Dict, List, SkipList, RDB/AOF)    |
+-------------------------------------+
|       Persistence & Replication      |
| (RDB Snapshot, AOF, Master/Slave)    |
+-------------------------------------+

特点：

单线程执行命令，避免数据竞争与锁开销；
I/O 多路复用（epoll/kqueue/select）同时处理成千上万连接；
事件驱动模型将文件事件和时间事件统一调度。

3. Redis 事件驱动模型

Redis 事件模型由两类事件组成：

文件事件（File Event）
- 网络 I/O 事件，包括客户端读写、主从复制、Pub/Sub
时间事件（Time Event）
- 定时任务事件，如键过期、心跳检测、AOF fsync

3.1 事件循环数据结构

源码位于 ae.c，核心结构体：

typedef struct aeEventLoop {
    int maxfd;                 // 当前已注册的最大 fd
    int setsize;               // 可监听的最大 fd 数
    aeFileEvent *events;       // 文件事件数组
    aeFiredEvent *fired;       // 已触发的事件数组
    aeTimeEvent *timeEventHead;// 时间事件链表
    int stop;                  // 事件循环停止标记
} aeEventLoop;

事件循环核心流程：

while (!stop) {
    1. 处理到期的时间事件
    2. 计算下一次时间事件的超时时间
    3. 调用 epoll_wait 等待文件事件
    4. 执行所有触发的文件事件回调
}

4. 文件事件管理（File Event）

4.1 注册文件事件

当有客户端连接时，Redis 会通过 aeCreateFileEvent 注册文件事件：

aeCreateFileEvent(eventLoop, fd, AE_READABLE, readQueryFromClient, client);

fd：客户端 socket
AE\_READABLE：监听可读事件
readQueryFromClient：事件触发时的回调函数

4.2 文件事件触发回调

epoll_wait 检测到 fd 可读时，事件循环调用回调：

void readQueryFromClient(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
    client *c = (client *)privdata;
    int nread = read(fd, c->querybuf, ...);
    if (nread <= 0) { ... } // 异常处理
    processInputBuffer(c);   // 解析命令并执行
}

4.3 特点

水平触发（Level Trigger）
单线程执行回调，避免锁
I/O 与命令执行串行化，保证一致性

5. 时间事件管理（Time Event）

Redis 通过时间事件执行后台任务，如键过期和心跳检测。

核心函数 aeCreateTimeEvent：

long long aeCreateTimeEvent(aeEventLoop *eventLoop, long long milliseconds,
                            aeTimeProc *proc, void *clientData,
                            aeEventFinalizerProc *finalizerProc) {
    // 计算触发时间
    when_sec = now_sec + milliseconds/1000;
    when_ms  = now_ms + milliseconds%1000;

    // 插入时间事件链表
    timeEvent->when_sec = when_sec;
    timeEvent->when_ms  = when_ms;
    ...
}

典型时间事件：

serverCron()：每 100ms 执行
- 键过期检查
- AOF 状态更新
- 客户端超时检查

6. 主循环源码解析

server.c 主循环核心函数：

int main(int argc, char **argv) {
    initServer();                 // 初始化网络与数据结构
    aeMain(server.el);            // 启动事件循环
    aeDeleteEventLoop(server.el); // 退出时清理
    return 0;
}

aeMain 内部逻辑：

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

aeProcessEvents 会：

处理到期的时间事件
调用 epoll_wait 等待文件事件
执行回调

7. 客户端请求全链路示例

以 SET key value 为例：

1. epoll_wait 发现 socket 可读
2. 回调 readQueryFromClient
3. 解析 RESP 协议 -> 生成命令对象
4. 执行 setCommand -> 更新字典
5. 结果写入输出缓冲区
6. 注册写事件 AE_WRITABLE
7. 下次循环触发 sendReplyToClient 回复客户端

8. 架构图与流程图

8.1 Redis 总体架构

                 +-----------------------------+
                 |         Client               |
                 +-----------------------------+
                            |
                            v
                  TCP / Unix Socket
                            |
                            v
+----------------------------------------------------------+
|                      Redis Server                        |
|----------------------------------------------------------|
|                     Networking Layer                     |
|         (EventLoop, epoll/kqueue/select)                 |
|----------------------------------------------------------|
|                Command Execution Layer                   |
|   Parser  ->  Dispatcher  ->  Data Operation (dict etc.) |
|----------------------------------------------------------|
|          Data Structures & Storage Engine                |
|   Dict / SkipList / List / Hash / Set / Stream            |
|   + RDB / AOF / Replication                              |
|----------------------------------------------------------|
|            Time Events & Background Tasks                |
|   (serverCron, AOF fsync, replication checks)            |
+----------------------------------------------------------+

8.2 事件循环执行流程

while (!stop) {
    1. 处理到期时间事件 (serverCron)
    2. 计算下一时间事件超时
    3. epoll_wait 等待文件事件
    4. 执行所有触发的文件事件回调
}

8.3 文件事件处理流程

           +-----------------------------------+
           | epoll_wait detects fd readable     |
           +-----------------------------------+
                           |
                           v
           +-----------------------------------+
           | Callback: readQueryFromClient      |
           +-----------------------------------+
                           |
                           v
           +-----------------------------------+
           | Parse Redis Protocol (RESP)        |
           +-----------------------------------+
                           |
                           v
           +-----------------------------------+
           | Execute Command (setCommand)       |
           +-----------------------------------+
                           |
                           v
           +-----------------------------------+
           | Append result to output buffer     |
           +-----------------------------------+
                           |
                           v
           +-----------------------------------+
           | Register AE_WRITABLE event         |
           +-----------------------------------+

9. 总结

Redis 的高性能来源于：

单线程事件驱动架构：避免锁竞争；
I/O 多路复用：高效处理成千上万连接；
文件事件与时间事件统一调度；
轻量回调驱动保证可预测的低延迟。

理解 Redis 的事件驱动机制后，你可以更轻松地分析其性能瓶颈，或实现定制的高性能服务端。