Redis源碼解析

一、IO模型

Redis服務本身是單線程的，所以它的I/O模型扮演了至關重要的角色。Redis使用了epoll的高效模型，在socket讀寫中該模型有如下特點：

• 儘可能多地讀寫socket
• 非同步讀寫多個socket，可以將socket操作的並行性最大化
• 使用適當的緩衝區減少系統調用次數

下面的代碼展示了Redis如何使用epoll模型：

/*redis源碼中event.c文件中的函數，初始化事件處理器*/
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、數據結構

Redis使用的是基於內存的鍵值存儲資料庫，其底層的數據結構是哈希表和跳躍表。Redis數據結構的兩個主要特點為：

• 快速查找
• 高效修改

Redis源碼中的底層實現代碼如下：

/*redis源碼中dict.c文件中的函數，創建一個哈希表*/
dict *dictCreate(dictType *type, void *privDataPtr) {
    ...
    ht = zcalloc(sizeof(*ht));
    _dictReset(&ht->table);
    ht->type = type;
    ht->privdata = privDataPtr;
    return ht;
}

/*redis源碼中server.h文件中的結構體，存儲跳躍表信息*/
typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;

三、內存管理

Redis需要進行內存管理，有兩種常用方式：

• jemalloc：一種高效的內存分配器
• tcmalloc：Google的malloc實現，同樣具有高效的內存管理能力

Redis的源文件中使用了jni等其他語言的內存分配器，可以在make file中進行選擇。

四、多線程與原子操作

Redis是基於單線程的架構，這樣可以避免鎖的競爭，但同時需要提高原子操作的能力，以保證線程之間的同步和數據的一致性。Redis提供了如下的基本原子操作：

• 加法、減法、賦值操作
• 讀寫自旋鎖
• 原子讀寫操作

下面的示例展示了Redis中如何使用自旋鎖：

/*redis源碼中adlist.c文件中的函數，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、性能優化

Redis在性能方面表現出色，這離不開其代碼在多個方面的優化。Redis的性能優化主要包括：

• 使用非阻塞I/O模型
• 使用高效數據結構，例如哈希表和跳躍表
• 儘可能地減少內存碎片
• 使用短小的數據結構來節省內存

下面的代碼展示了Redis源碼中如何進行內存池分配來避免內存碎片：

/*redis源碼中zmalloc.h文件中的代碼，定義結構體*/
typedef struct zmalloc_chunk {
    unsigned int size; /* 塊大小，位元組單位 */
    unsigned int free; /* 標記塊是否被佔用 */
    struct zmalloc_chunk *prev; /* 上一個塊 */
    struct zmalloc_chunk *next; /* 下一個塊 */
} zmalloc_chunk;

總結

Redis是一種高效的鍵值存儲資料庫，其源碼中使用了epoll的高效I/O模型、優秀的數據結構、自旋鎖等多種技術來保證其性能。通過對Redis源碼的分析，我們可以了解Redis的實現方式和技術特點，同時也可以對於如何進行高性能的編程有所啟發。