Redis学习教程之命令的执行过程详解
前言
之前写了一系列文章，已经很深入的探讨了 Redis 的数据结构，数据库的实现，key的过期策略以及 Redis 是怎么处理事件的。所以距离 Redis 的单机实现只差最后一步了，就是 Redis 是怎么处理 client 发来的命令并返回结果的，所以我们就仔细讨论一下 Redis 是怎么执行命令的。
阅读这篇文章你将会了解到：
- Redis 是怎么执行远程客户端发来的命令的
Redis client（客户端）
Redis 是单线程应用，它是如何与多个客户端简历网络链接并处理命令的？
由于 Redis 是基于 I/O 多路复用技术，为了能够处理多个客户端的请求，Redis 在本地为每一个链接到 Redis 服务器的客户端创建了一个 redisClient 的数据结构，这个数据结构包含了每个客户端各自的状态和执行的命令。 Redis 服务器使用一个链表来维护多个 redisClient 数据结构。
在服务器端用一个链表来管理所有的 redisClient。
struct redisServer {
//...
list *clients; /* List of active clients */
//...
}所以我就看看 redisClient 包含的数据结构和重要参数：
typedef struct redisClient {
// 客户端状态标志
int flags; /* REDIS_SLAVE | REDIS_MONITOR | REDIS_MULTI ... */
// 套接字描述符
int fd;
// 当前正在使用的数据库
redisDb *db;
// 当前正在使用的数据库的 id （号码）
int dictid;
// 客户端的名字
robj *name; /* As set by CLIENT SETNAME */
// 查询缓冲区
sds querybuf;
// 查询缓冲区长度峰值
size_t querybuf_peak; /* Recent (100ms or more) peak of querybuf size */
// 参数数量
int argc;
// 参数对象数组
robj **argv;
// 记录被客户端执行的命令
struct redisCommand *cmd, *lastcmd;
// 请求的类型：内联命令还是多条命令
int reqtype;
// 剩余未读取的命令内容数量
int multibulklen; /* number of multi bulk arguments left to read */
// 命令内容的长度
long bulklen; /* length of bulk argument in multi bulk request */
// 回复链表
list *reply;
// 回复链表中对象的总大小
unsigned long reply_bytes; /* Tot bytes of objects in reply list */
// 已发送字节，处理 short write 用
int sentlen; /* Amount of bytes already sent in the current
buffer or object being sent. */
// 回复偏移量
int bufpos;
// 回复缓冲区
char buf[REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES];
// ...
}这里需要特别的注意，redisClient 并非指远程的客户端，而是一个 Redis 服务本地的数据结构，我们可以理解这个 redisClient 是远程客户端的一个映射或者代理。
flags
flags 表示了目前客户端的角色，以及目前所处的状态。他比较特殊可以单独表示一个状态或者多个状态。
querybuf
querybuf 是一个 sds 动态字符串类型，所谓 buf 说明是它只是一个缓冲区，用于存储没有被解析的命令。
argc & argv
上文的 querybuf 是一个没有处理过的命令，当 Redis 将 querybuf 命令解析以后，会将得出的参数个数和以及参数分别保存在 argc 和 argv 中。argv 是一个 redisObject 的数组。
cmd
Redis 使用一个字典保存了所有的 redisCommand。key 是 redisCommand 的名字，值就是一个 redisCommand 结构，这个结构保存了命令的实现函数，命令的标志，命令应该给定的参数个数，命令的执行次数和总消耗时长等统计信息，cmd 是一个 redisCommand。
当 Redis 解析出 argv 和 argc 后，会根据数组 argv[0]，到字典中查询出对应的 redisCommand。上文的例子中 Redis 就会去字典去查找 SET 这个命令对应的 redisCommand。redis 会执行 redisCommand 中命令的实现函数。
buf & bufpos & reply
buf 是一个长度为 REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES 的数组。Redis 执行相应的操作以后，就会将需要返回的返回的数据存储到 buf 中，bufpos 用于记录 buf 中已用的字节数数量，当需要恢复的数据大于 REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES 时，redis 就会是用 reply 这个链表来保存数据。
其他参数
其他参数大家看注释就能明白，就是字面的意思。省略的参数基本上涉及 Redis 集群管理的参数，在之后的文章中会继续讲解。
客户端的链接和断开
上文说过 redisServer 是用一个链表来维护所有的 redisClient 状态，每当有一个客户端发起链接以后，就会在 Redis 中生成一个对应的 redisClient 数据结构，增加到clients这个链表之后。
一个客户端很可能被多种原因断开。
总体分为几种类型：
- 客户端主动退出或者被 kill。
- timeout 超时。
- Redis 为了自我保护，会断开发的数据超过限制大小的客户端。
- Redis 为了自我保护，会断需要返回的数据超过限制大小的客户端。
调用总结
当客户端和服务器端的嵌套字变得可读的时候，服务器将会调用命令请求处理器来执行以下操作：
- 读取嵌套字中的数据，写入 querybuf。
- 解析 querybuf 中的命令，记录到 argc 和 argv 中。
- 根据 argv[0] 查找对应的 recommand。
- 执行 recommand 对应的实现函数。
- 执行以后将结果存入 buf & bufpos & reply 中，返回给调用方。
Redis Server (服务端)
上文是从 redisClient 的角度来观察命令的执行，文章接下来的部分将会从 Redis 的代码层面，微观的观察 Redis 是怎么实现命令的执行的。
redisServer 的启动
在了解redisServer 的工作机制的工作机制之前，需要了解 redisServer 的启动做了什么：
可以继续观察 Redis 的 main() 函数。
int main(int argc, char **argv) {
//...
// 创建并初始化服务器数据结构
initServer();
//...
}我们只关注 initServer() 这个函数，他负责初始化服务器的数据结构。继续跟踪代码:
void initServer() {
//...
//创建eventLoop
server.el = aeCreateEventLoop(server.maxclients+REDIS_EVENTLOOP_FDSET_INCR);
/* Create an event handler for accepting new connections in TCP and Unix
* domain sockets. */
// 为 TCP 连接关联连接应答（accept）处理器
// 用于接受并应答客户端的 connect() 调用
for (j = 0; j < server.ipfd_count; j++) {
if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE,
acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR)
{
redisPanic(
"Unrecoverable error creating server.ipfd file event.");
}
}
// 为本地套接字关联应答处理器
if (server.sofd > 0 && aeCreateFileEvent(server.el,server.sofd,AE_READABLE,
acceptUnixHandler,NULL) == AE_ERR) redisPanic("Unrecoverable error creating server.sofd file event.");
//...
}篇幅限制，我们省略了很多与本编文章无关的代码，保留了核心逻辑代码。
在上一篇文章中 《Redis 中的事件驱动模型》 我们讲解过，redis 使用不同的事件处理器，处理不同的事件。
在这段代码里面：
- 初始化了事件处理器的 eventLoop
- 向 eventLoop 中注册了两个事件处理器 acceptTcpHandler 和 acceptUnixHandler，分别处理远程的链接和本地链接。
redisClient 的创建
当有一个远程客户端连接到 Redis 的服务器，会触发 acceptTcpHandler 事件处理器.
acceptTcpHandler 事件处理器，会创建一个链接。然后继续调用 acceptCommonHandler。
acceptCommonHandler 事件处理器的作用是：
- 调用 createClient() 方法创建 redisClient
- 检查已经创建的 redisClient 是否超过 server 允许的数量的上限
- 如果超过上限就拒绝远程连接
- 否则创建 redisClient 创建成功
- 并更新连接的统计次数，更新 redisClinet 的 flags 字段
这个时候 Redis 在服务端创建了 redisClient 数据结构，这个时候远程的客户端就在 redisServer 中创建了一个代理。远程的客户端就与 Redis 服务器建立了联系，就可以向服务器发送命令了。
处理命令
在 createClient() 行数中：
// 绑定读事件到事件 loop （开始接收命令请求） if (aeCreateFileEvent(server.el,fd,AE_READABLE,readQueryFromClient, c) == AE_ERR)
向 eventLoop 中注册了 readQueryFromClient。 readQueryFromClient 的作用就是从client中读取客户端的查询缓冲区内容。
然后调用函数 processInputBuffer 来处理客户端的请求。在 processInputBuffer 中有几个核心函数：
- processInlineBuffer 和 processMultibulkBuffer 解析 querybuf 中的命令，记录到 argc 和 argv 中。
- processCommand 根据 argv[0] 查找对应的 recommen,执行 recommend 对应的执行函数。在执行之前还会验证命令的正确性。将结果存入 buf & bufpos & reply 中
返回数据
万事具备了，执行完了命令就需要把数据返回给远程的调用方。调用链如下
processCommand -> addReply -> prepareClientToWrite
在 prepareClientToWrite 中我们有见到了熟悉的代码：
aeCreateFileEvent(server.el, c->fd, AE_WRITABLE,sendReplyToClient, c) == AE_ERR) return REDIS_ERR;
向 eventloop 绑定了 sendReplyToClient 事件处理器。
在 sendReplyToClient 中观察代码发现，如果 bufpos 大于 0，将会把 buf 发送给远程的客户端，如果链表 reply 的长度大于0，就会将遍历链表 reply，发送给远程的客户端，这里需要注意的是，为了避免 reply 数据量过大，就会过度的占用资源引起 Redis 相应慢。为了解决这个问题，当写入的总数量大于 REDIS_MAX_WRITE_PER_EVENT 时，Redis 将会临时中断写入，记录操作的进度，将处理时间让给其他操作，剩余的内容等下次继续。这样的套路我们一路走来看过太多了。
总结
- 远程客户端连接到 redis 后，redis服务端会为远程客户端创建一个 redisClient 作为代理。
- redis 会读取嵌套字中的数据，写入 querybuf 中。
- 解析 querybuf 中的命令，记录到 argc 和 argv 中。
- 根据 argv[0] 查找对应的 recommand。
- 执行 recommend 对应的执行函数。
- 执行以后将结果存入 buf & bufpos & reply 中。
- 返回给调用方。返回数据的时候，会控制写入数据量的大小，如果过大会分成若干次。保证 redis 的相应时间。
Redis 作为单线程应用，一直贯彻的思想就是，每个步骤的执行都有一个上限（包括执行时间的上限或者文件尺寸的上限）一旦达到上限，就会记录下当前的执行进度，下次再执行。保证了 Redis 能够及时响应不发生阻塞。