今天我们来了解一下 Redis 命令执行的过程。我们曾简单的描述了一条命令的执行过程，本篇文章展示深入说明一下，加深大家对 Redis 的了解。
如下图所示，一条命令执行完成并且返回数据一共涉及三部分，第一步是建立连接阶段，响应了socket的建立，并且创建了client对象；第二步是处理阶段，从socket读取数据到输入缓冲区，然后解析并获得命令，执行命令并将返回值存储到输出缓冲区中；第三步是数据返回阶段，将返回值从输出缓冲区写到socket中，返回给客户端，最后关闭client。
这三个阶段之间是通过事件机制串联了，在 Redis 启动阶段首先要注册socket连接建立事件处理器：
- 当客户端发来建立socket的连接的请求时，对应的处理器方法会被执行，建立连接阶段的相关处理就会进行，然后注册socket读取事件处理器
- 当客户端发来命令时，读取事件处理器方法会被执行，对应处理阶段的相关逻辑都会被执行，然后注册socket写事件处理器
- 当写事件处理器被执行时，就是将返回值写回到socket中。
接下来，我们分别来看一下各个步骤的具体原理和代码实现。
启动时监听socket
Redis 服务器启动时，会调用 initServer 方法，首先会建立 Redis 自己的事件机制 eventLoop，然后在其上注册周期时间事件处理器，最后在所监听的 socket 上创建文件事件处理器，监听 socket 建立连接的事件，其处理函数为 acceptTcpHandler。
1 void initServer(void) { // server.c 2 .... 3 /** 4 * 创建eventLoop 5 */ 6 server.el = aeCreateEventLoop(server.maxclients+CONFIG_FDSET_INCR); 7 /* Open the TCP listening socket for the user commands. */ 8 9 if (server.port != 0 && 10 listenToPort(server.port,server.ipfd,&server.ipfd_count) == C_ERR) 11 exit(1); 12 13 /** 14 * 注册周期时间事件，处理后台操作，比如说客户端操作、过期键等 15 */ 16 if (aeCreateTimeEvent(server.el, 1, serverCron, NULL, NULL) == AE_ERR) { 17 serverPanic("Can't create event loop timers."); 18 exit(1); 19 } 20 /** 21 * 为所有监听的socket创建文件事件，监听可读事件；事件处理函数为acceptTcpHandler 22 * 23 */ 24 for (j = 0; j < server.ipfd_count; j++) { 25 if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE, 26 acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR) 27 { 28 serverPanic( 29 "Unrecoverable error creating server.ipfd file event."); 30 } 31 } 32 .... 33 }
Redis 的事件机制是基于io复用的处理，可以说，Redis 命令执行过程中都是由事件机制协调管理的，也就是 initServer 方法中生成的 aeEventLoop。当socket发生对应的事件时，aeEventLoop 对调用已经注册的对应的事件处理器。
建立连接和Client
当客户端向 Redis 建立 socket时，aeEventLoop 会调用 acceptTcpHandler 处理函数，服务器会为每个链接创建一个 Client 对象，并创建相应文件事件来监听socket的可读事件，并指定事件处理函数。
acceptTcpHandler 函数会首先调用 anetTcpAccept方法，它底层会调用 socket 的 accept 方法，也就是接受客户端来的建立连接请求，然后调用 acceptCommonHandler方法，继续后续的逻辑处理。
// 当客户端建立链接时进行的eventloop处理函数 networking.c void acceptTcpHandler(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) { .... // 层层调用，最后在anet.c 中 anetGenericAccept 方法中调用 socket 的 accept 方法 cfd = anetTcpAccept(server.neterr, fd, cip, sizeof(cip), &cport); if (cfd == ANET_ERR) { if (errno != EWOULDBLOCK) serverLog(LL_WARNING, "Accepting client connection: %s", server.neterr); return; } serverLog(LL_VERBOSE,"Accepted %s:%d", cip, cport); /** * 进行socket 建立连接后的处理 */ acceptCommonHandler(cfd,0,cip); }
acceptCommonHandler 则首先调用 createClient 创建 client，接着判断当前 client 的数量是否超出了配置的 maxclients，如果超过，则给客户端发送错误信息，并且释放 client。
static void acceptCommonHandler(int fd, int flags, char *ip) { //networking.c client *c; // 创建redisClient c = createClient(fd) // 当 maxClient 属性被设置，并且client数量已经超出时，给client发送error，然后释放连接 if (listLength(server.clients) > server.maxclients) { char *err = "-ERR max number of clients reached "; if (write(c->fd,err,strlen(err)) == -1) { } server.stat_rejected_conn++; freeClient(c); return; } .... // 处理为设置密码时默认保护状态的客户端连接 // 统计连接数 server.stat_numconnections++; c->flags |= flags; }
createClient 方法用于创建 client，它代表着连接到 Redis 客户端，每个客户端都有各自的输入缓冲区和输出缓冲区，输入缓冲区存储客户端通过 socket 发送过来的数据，输出缓冲区则存储着 Redis 对客户端的响应数据。client一共有三种类型，不同类型的对应缓冲区的大小都不同。
- 普通客户端是除了复制和订阅的客户端之外的所有连接
- 从客户端用于主从复制，主节点会为每个从节点单独建立一条连接用于命令复制
- 订阅客户端用于发布订阅功能
createClient 方法除了创建 client 结构体并设置其属性值外，还会对 socket进行配置并注册读事件处理器
设置 socket 为 非阻塞 socket、设置 NO_DELAY 和 SO_KEEPALIVE标志位来关闭 Nagle 算法并且启动 socket 存活检查机制。
设置读事件处理器，当客户端通过 socket 发送来数据后，Redis 会调用 readQueryFromClient 方法。
client *createClient(int fd) { client *c = zmalloc(sizeof(client)); // fd 为 -1，表示其他特殊情况创建的client，redis在进行比如lua脚本执行之类的情况下也会创建client if (fd != -1) { // 配置socket为非阻塞、NO_DELAY不开启Nagle算法和SO_KEEPALIVE anetNonBlock(NULL,fd); anetEnableTcpNoDelay(NULL,fd); if (server.tcpkeepalive) anetKeepAlive(NULL,fd,server.tcpkeepalive); /** * 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。 * 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) { close(fd); zfree(c); return NULL; } } // 默认选择数据库 selectDb(c,0); uint64_t client_id; atomicGetIncr(server.next_client_id,client_id,1); c->id = client_id; c->fd = fd; .... // 设置client的属性 return c; }
client 的属性中有很多属性，比如后边会看到的输入缓冲区 querybuf 和输出缓冲区 buf
读取socket数据到输入缓冲区
readQueryFromClient 方法会调用 read 方法从 socket 中读取数据到输入缓冲区中，然后判断其大小是否大于系统设置的 client_max_querybuf_len，如果大于，则向 Redis返回错误信息，并关闭 client。
将数据读取到输入缓冲区后，readQueryFromClient 方法会根据 client 的类型来做不同的处理，如果是普通类型，则直接调用 processInputBuffer 来处理；如果是主从客户端，还需要将命令同步到自己的从服务器中。也就是说，Redis实例将主实例传来的命令执行后，继续将命令同步给自己的从实例。
// 处理从client中读取客户端的输入缓冲区内容。 void readQueryFromClient(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) { client *c = (client*) privdata; .... if (c->querybuf_peak < qblen) c->querybuf_peak = qblen; c->querybuf = sdsMakeRoomFor(c->querybuf, readlen); // 从 fd 对应的socket中读取到 client 中的 querybuf 输入缓冲区 nread = read(fd, c->querybuf+qblen, readlen); if (nread == -1) { .... // 出错释放 client } else if (nread == 0) { // 客户端主动关闭 connection serverLog(LL_VERBOSE, "Client closed connection"); freeClient(c); return; } else if (c->flags & CLIENT_MASTER) { /* * 当这个client代表主从的master节点时，将query buffer和 pending_querybuf结合 * 用于主从复制中的命令传播？？？？ */ c->pending_querybuf = sdscatlen(c->pending_querybuf, c->querybuf+qblen,nread); } // 增加已经读取的字节数 sdsIncrLen(c->querybuf,nread); c->lastinteraction = server.unixtime; if (c->flags & CLIENT_MASTER) c->read_reploff += nread; server.stat_net_input_bytes += nread; // 如果大于系统配置的最大客户端缓存区大小，也就是配置文件中的client-query-buffer-limit if (sdslen(c->querybuf) > server.client_max_querybuf_len) { sds ci = catClientInfoString(sdsempty(),c), bytes = sdsempty(); // 返回错误信息，并且关闭client bytes = sdscatrepr(bytes,c->querybuf,64); serverLog(LL_WARNING,"Closing client that reached max query buffer length: %s (qbuf initial bytes: %s)", ci, bytes); sdsfree(ci); sdsfree(bytes); freeClient(c); return; } if (!(c->flags & CLIENT_MASTER)) { // processInputBuffer 处理输入缓冲区 processInputBuffer(c); } else { // 如果client是master的连接 size_t prev_offset = c->reploff; processInputBuffer(c); // 判断是否同步偏移量发生变化，则通知到后续的slave size_t applied = c->reploff - prev_offset; if (applied) { replicationFeedSlavesFromMasterStream(server.slaves, c->pending_querybuf, applied); sdsrange(c->pending_querybuf,applied,-1); } } }
解析获取命令
processInputBuffer 主要是将输入缓冲区中的数据解析成对应的命令，根据命令类型是 PROTO_REQ_MULTIBULK 还是 PROTO_REQ_INLINE，来分别调用 processInlineBuffer 和 processMultibulkBuffer 方法来解析命令。
然后调用 processCommand 方法来执行命令。执行成功后，如果是主从客户端，还需要更新同步偏移量 reploff 属性，然后重置 client，让client可以接收一条命令。
void processInputBuffer(client *c) { // networking.c
server.current_client = c;
/* 当缓冲区中还有数据时就一直处理 */
while(sdslen(c->querybuf)) {
.... // 处理 client 的各种状态
/* 判断命令请求类型 telnet发送的命令和redis-cli发送的命令请求格式不同 */
if (!c->reqtype) {
if (c->querybuf[0] == '*') {
c->reqtype = PROTO_REQ_MULTIBULK;
} else {
c->reqtype = PROTO_REQ_INLINE;
}
}
/**
* 从缓冲区解析命令
*/
if (c->reqtype == PROTO_REQ_INLINE) {
if (processInlineBuffer(c) != C_OK) break;
} else if (c->reqtype == PROTO_REQ_MULTIBULK) {
if (processMultibulkBuffer(c) != C_OK) break;
} else {
serverPanic("Unknown request type");
}
/* 参数个数为0时重置client，可以接受下一个命令 */
if (c->argc == 0) {
resetClient(c);
} else {
// 执行命令
if (processCommand(c) == C_OK) {
if (c->flags & CLIENT_MASTER && !(c->flags & CLIENT_MULTI)) {
// 如果是master的client发来的命令，则 更新 reploff
c->reploff = c->read_reploff - sdslen(c->querybuf);
}
// 如果不是阻塞状态，则重置client，可以接受下一个命令
if (!(c->flags & CLIENT_BLOCKED) || c->btype != BLOCKED_MODULE)
resetClient(c);
}
}
}
server.current_client = NULL;
}
解析命令暂时不看，就是将 redis 命令文本信息，记录到client的argv/argc属性中
执行命令
processCommand 方法会处理很多逻辑，不过大致可以分为三个部分：首先是调用 lookupCommand 方法获得对应的 redisCommand；接着是检测当前 Redis 是否可以执行该命令；最后是调用 call 方法真正执行命令。
processCommand会做如下逻辑处理：
- 1 如果命令名称为 quit，则直接返回，并且设置客户端标志位。
- 2 根据 argv[0] 查找对应的 redisCommand，所有的命令都存储在命令字典 redisCommandTable 中，根据命令名称可以获取对应的命令。
- 3 进行用户权限校验。
- 4 如果是集群模式，处理集群重定向。当命令发送者是 master 或者 命令没有任何 key 的参数时可以不重定向。
- 5 预防 maxmemory 情况，先尝试回收一下，如果不行，则返回异常。
- 6 当此服务器是 master 时：aof 持久化失败时，或上一次 bgsave 执行错误，且配置 bgsave 参数和 stop_writes_on_bgsave_err；禁止执行写命令。
- 7 当此服务器时master时：如果配置了 repl_min_slaves_to_write，当slave数目小于时，禁止执行写命令。
- 8 当时只读slave时，除了 master 的不接受其他写命令。
- 9 当客户端正在订阅频道时，只会执行部分命令。
- 10 服务器为slave，但是没有连接 master 时，只会执行带有 CMD_STALE 标志的命令，如 info 等
- 11 正在加载数据库时，只会执行带有 CMD_LOADING 标志的命令，其余都会被拒绝。
- 12 当服务器因为执行lua脚本阻塞时，只会执行部分命令，其余都会拒绝
- 13 如果是事务命令，则开启事务，命令进入等待队列；否则直接执行命令。
int processCommand(client *c) { // 1 处理 quit 命令 if (!strcasecmp(c->argv[0]->ptr,"quit")) { addReply(c,shared.ok); c->flags |= CLIENT_CLOSE_AFTER_REPLY; return C_ERR; } /** * 根据 argv[0] 查找对应的 command * 2 命令字典查找指定命令；所有的命令都存储在命令字典中 struct redisCommand redisCommandTable[]={} */ c->cmd = c->lastcmd = lookupCommand(c->argv[0]->ptr); if (!c->cmd) { // 处理未知命令 } else if ((c->cmd->arity > 0 && c->cmd->arity != c->argc) || (c->argc < -c->cmd->arity)) { // 处理参数错误 } // 3 检查用户验证 if (server.requirepass && !c->authenticated && c->cmd->proc != authCommand) { flagTransaction(c); addReply(c,shared.noautherr); return C_OK; } /** * 4 如果是集群模式，处理集群重定向。当命令发送者是master或者 命令没有任何key的参数时可以不重定向 */ if (server.cluster_enabled && !(c->flags & CLIENT_MASTER) && !(c->flags & CLIENT_LUA && server.lua_caller->flags & CLIENT_MASTER) && !(c->cmd->getkeys_proc == NULL && c->cmd->firstkey == 0 && c->cmd->proc != execCommand)) { int hashslot; int error_code; // 查询可以执行的node信息 clusterNode *n = getNodeByQuery(c,c->cmd,c->argv,c->argc, &hashslot,&error_code); if (n == NULL || n != server.cluster->myself) { if (c->cmd->proc == execCommand) { discardTransaction(c); } else { flagTransaction(c); } clusterRedirectClient(c,n,hashslot,error_code); return C_OK; } } // 5 处理maxmemory请求，先尝试回收一下，如果不行，则返回异常 if (server.maxmemory) { int retval = freeMemoryIfNeeded(); .... } /** * 6 当此服务器是master时：aof持久化失败时，或上一次bgsave执行错误， * 且配置bgsave参数和stop_writes_on_bgsave_err；禁止执行写命令 */ if (((server.stop_writes_on_bgsave_err && server.saveparamslen > 0 && server.lastbgsave_status == C_ERR) || server.aof_last_write_status == C_ERR) && server.masterhost == NULL && (c->cmd->flags & CMD_WRITE || c->cmd->proc == pingCommand)) { .... } /** * 7 当此服务器时master时：如果配置了repl_min_slaves_to_write， * 当slave数目小于时，禁止执行写命令 */ if (server.masterhost == NULL && server.repl_min_slaves_to_write && server.repl_min_slaves_max_lag && c->cmd->flags & CMD_WRITE && server.repl_good_slaves_count < server.repl_min_slaves_to_write) { .... } /** * 8 当时只读slave时，除了master的不接受其他写命令 */ if (server.masterhost && server.repl_slave_ro && !(c->flags & CLIENT_MASTER) && c->cmd->flags & CMD_WRITE) { .... } /** * 9 当客户端正在订阅频道时，只会执行以下命令 */ if (c->flags & CLIENT_PUBSUB && c->cmd->proc != pingCommand && c->cmd->proc != subscribeCommand && c->cmd->proc != unsubscribeCommand && c->cmd->proc != psubscribeCommand && c->cmd->proc != punsubscribeCommand) { .... } /** * 10 服务器为slave，但没有正确连接master时，只会执行带有CMD_STALE标志的命令，如info等 */ if (server.masterhost && server.repl_state != REPL_STATE_CONNECTED && server.repl_serve_stale_data == 0 && !(c->cmd->flags & CMD_STALE)) {...} /** * 11 正在加载数据库时，只会执行带有CMD_LOADING标志的命令，其余都会被拒绝 */ if (server.loading && !(c->cmd->flags & CMD_LOADING)) { .... } /** * 12 当服务器因为执行lua脚本阻塞时，只会执行以下几个命令，其余都会拒绝 */ if (server.lua_timedout && c->cmd->proc != authCommand && c->cmd->proc != replconfCommand && !(c->cmd->proc == shutdownCommand && c->argc == 2 && tolower(((char*)c->argv[1]->ptr)[0]) == 'n') && !(c->cmd->proc == scriptCommand && c->argc == 2 && tolower(((char*)c->argv[1]->ptr)[0]) == 'k')) {....} /** * 13 开始执行命令 */ if (c->flags & CLIENT_MULTI && c->cmd->proc != execCommand && c->cmd->proc != discardCommand && c->cmd->proc != multiCommand && c->cmd->proc != watchCommand) { /** * 开启了事务，命令只会入队列 */ queueMultiCommand(c); addReply(c,shared.queued); } else { /** * 直接执行命令 */ call(c,CMD_CALL_FULL); c->woff = server.master_repl_offset; if (listLength(server.ready_keys)) handleClientsBlockedOnLists(); } return C_OK; } struct redisCommand redisCommandTable[] = { {"get",getCommand,2,"rF",0,NULL,1,1,1,0,0}, {"set",setCommand,-3,"wm",0,NULL,1,1,1,0,0}, {"hmset",hsetCommand,-4,"wmF",0,NULL,1,1,1,0,0}, .... // 所有的 redis 命令都有 }
call 方法是 Redis 中执行命令的通用方法，它会处理通用的执行命令的前置和后续操作。
- 如果有监视器 monitor，则需要将命令发送给监视器。
- 调用 redisCommand 的proc 方法，执行对应具体的命令逻辑。
- 如果开启了 CMD_CALL_SLOWLOG，则需要记录慢查询日志
- 如果开启了 CMD_CALL_STATS，则需要记录一些统计信息
- 如果开启了 CMD_CALL_PROPAGATE，则当 dirty大于0时，需要调用 propagate 方法来进行命令传播。
命令传播就是将命令写入 repl-backlog-buffer 缓冲中，并发送给各个从服务器中。
// 执行client中持有的 redisCommand 命令 void call(client *c, int flags) { /** * dirty记录数据库修改次数；start记录命令开始执行时间us；duration记录命令执行花费时间 */ long long dirty, start, duration; int client_old_flags = c->flags; /** * 有监视器的话，需要将不是从AOF获取的命令会发送给监视器。当然，这里会消耗时间 */ if (listLength(server.monitors) && !server.loading && !(c->cmd->flags & (CMD_SKIP_MONITOR|CMD_ADMIN))) { replicationFeedMonitors(c,server.monitors,c->db->id,c->argv,c->argc); } .... /* Call the command. */ dirty = server.dirty; start = ustime(); // 处理命令，调用命令处理函数 c->cmd->proc(c); duration = ustime()-start; dirty = server.dirty-dirty; if (dirty < 0) dirty = 0; .... // Lua 脚本的一些特殊处理 /** * CMD_CALL_SLOWLOG 表示要记录慢查询日志 */ if (flags & CMD_CALL_SLOWLOG && c->cmd->proc != execCommand) { char *latency_event = (c->cmd->flags & CMD_FAST) ? "fast-command" : "command"; latencyAddSampleIfNeeded(latency_event,duration/1000); slowlogPushEntryIfNeeded(c,c->argv,c->argc,duration); } /** * CMD_CALL_STATS 表示要统计 */ if (flags & CMD_CALL_STATS) { c->lastcmd->microseconds += duration; c->lastcmd->calls++; } /** * CMD_CALL_PROPAGATE表示要进行广播命令 */ if (flags & CMD_CALL_PROPAGATE && (c->flags & CLIENT_PREVENT_PROP) != CLIENT_PREVENT_PROP) { int propagate_flags = PROPAGATE_NONE; /** * dirty大于0时，需要广播命令给slave和aof */ if (dirty) propagate_flags |= (PROPAGATE_AOF|PROPAGATE_REPL); .... /** * 广播命令，写如aof，发送命令到slave * 也就是传说中的传播命令 */ if (propagate_flags != PROPAGATE_NONE && !(c->cmd->flags & CMD_MODULE)) propagate(c->cmd,c->db->id,c->argv,c->argc,propagate_flags); } .... }