Redis源码解析

一、IO模型

Redis服务本身是单线程的，所以它的I/O模型扮演了至关重要的角色。Redis使用了epoll的高效模型，在socket读写中该模型有如下特点：

• 尽可能多地读写socket
• 异步读写多个socket，可以将socket操作的并行性最大化
• 使用适当的缓冲区减少系统调用次数

下面的代码展示了Redis如何使用epoll模型：

/*redis源码中event.c文件中的函数，初始化事件处理器*/
int aeCreateEventLoop(int setsize) {
    ...
    /* 使用epoll模型 */
    if (eventLoop->apidata == NULL) {
        aeApiState *state = zmalloc(sizeof(aeApiState));
        if (!state) return NULL;
        state->events = zmalloc(sizeof(struct epoll_event)*setsize);
        if (!state->events) {
            zfree(state);
            return NULL;
        }
        state->epfd = epoll_create(1024); /* should be enough */
        if (state->epfd == -1) {
            zfree(state->events);
            zfree(state);
            return NULL;
        }
        eventLoop->apidata = state;
    }
    ...
}

二、数据结构

Redis使用的是基于内存的键值存储数据库，其底层的数据结构是哈希表和跳跃表。Redis数据结构的两个主要特点为：

• 快速查找
• 高效修改

Redis源码中的底层实现代码如下：

/*redis源码中dict.c文件中的函数，创建一个哈希表*/
dict *dictCreate(dictType *type, void *privDataPtr) {
    ...
    ht = zcalloc(sizeof(*ht));
    _dictReset(&ht->table);
    ht->type = type;
    ht->privdata = privDataPtr;
    return ht;
}

/*redis源码中server.h文件中的结构体，存储跳跃表信息*/
typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;

三、内存管理

Redis需要进行内存管理，有两种常用方式：

• jemalloc：一种高效的内存分配器
• tcmalloc：Google的malloc实现，同样具有高效的内存管理能力

Redis的源文件中使用了jni等其他语言的内存分配器，可以在make file中进行选择。

四、多线程与原子操作

Redis是基于单线程的架构，这样可以避免锁的竞争，但同时需要提高原子操作的能力，以保证线程之间的同步和数据的一致性。Redis提供了如下的基本原子操作：

• 加法、减法、赋值操作
• 读写自旋锁
• 原子读写操作

下面的示例展示了Redis中如何使用自旋锁：

/*redis源码中adlist.c文件中的函数，使用CAS操作完成原子操作*/
int __atomic_cas(long *addr, long oldval, long newval) {
    unsigned char res;
    __asm__ __volatile__ (
    "lock; cmpxchgq %2,%1\n\t"
    "sete %0\n\t"
    : "=q" (res), "=m" (*addr)
    : "r" (newval), "m" (*addr), "a" (oldval)
    : "memory");
    return (int)res;
}

五、性能优化

Redis在性能方面表现出色，这离不开其代码在多个方面的优化。Redis的性能优化主要包括：

• 使用非阻塞I/O模型
• 使用高效数据结构，例如哈希表和跳跃表
• 尽可能地减少内存碎片
• 使用短小的数据结构来节省内存

下面的代码展示了Redis源码中如何进行内存池分配来避免内存碎片：

/*redis源码中zmalloc.h文件中的代码，定义结构体*/
typedef struct zmalloc_chunk {
    unsigned int size; /* 块大小，字节单位 */
    unsigned int free; /* 标记块是否被占用 */
    struct zmalloc_chunk *prev; /* 上一个块 */
    struct zmalloc_chunk *next; /* 下一个块 */
} zmalloc_chunk;

总结

Redis是一种高效的键值存储数据库，其源码中使用了epoll的高效I/O模型、优秀的数据结构、自旋锁等多种技术来保证其性能。通过对Redis源码的分析，我们可以了解Redis的实现方式和技术特点，同时也可以对于如何进行高性能的编程有所启发。