Redis 中的事件循环
在目前的很多服务中，由于需要持续接受客户端或者用户的输入，所以需要一个事件循环来等待并处理外部事件，这篇文章主要会介绍 Redis 中的事件循环是如何处理事件的。
在文章中，我们会先从 Redis 的实现中分析事件是如何被处理的，然后用更具象化的方式了解服务中的不同模块是如何交流的。
aeEventLoop
在分析具体代码之前，先了解一下在事件处理中处于核心部分的 aeEventLoop 到底是什么：
reids-eventloop
aeEventLoop 在 Redis 就是负责保存待处理文件事件和时间事件的结构体，其中保存大量事件执行的上下文信息，同时持有三个事件数组：
aeFileEventaeTimeEventaeFiredEvent
aeFileEvent 和 aeTimeEvent 中会存储监听的文件事件和时间事件，而最后的 aeFiredEvent 用于存储待处理的文件事件，我们会在后面的章节中介绍它们是如何工作的。
Redis 服务中的 EventLoop
在 redis-server 启动时，首先会初始化一些 redis 服务的配置，最后会调用 aeMain 函数陷入 aeEventLoop 循环中，等待外部事件的发生：
int main(int argc, char **argv) {
...
aeMain(server.el);
}
aeMain 函数其实就是一个封装的 while 循环，循环中的代码会一直运行直到 eventLoop 的 stop 被设置为 true：
void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) {
eventLoop->stop = 0;
while (!eventLoop->stop) {
if (eventLoop->beforesleep != NULL)
eventLoop->beforesleep(eventLoop);
aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS);
}
}
它会不停尝试调用 aeProcessEvents 对可能存在的多种事件进行处理，而 aeProcessEvents 就是实际用于处理事件的函数：
int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags) {
int processed = 0, numevents;
if (!(flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_FILE_EVENTS)) return 0;
if (eventLoop->maxfd != -1 ||
((flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_DONT_WAIT))) {
struct timeval *tvp;
#1：计算 I/O 多路复用的等待时间 tvp
numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp);
for (int j = 0; j < numevents; j++) {
aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[eventLoop->fired[j].fd];
int mask = eventLoop->fired[j].mask;
int fd = eventLoop->fired[j].fd;
int rfired = 0;
if (fe->mask & mask & AE_READABLE) {
rfired = 1;
fe->rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
}
if (fe->mask & mask & AE_WRITABLE) {
if (!rfired || fe->wfileProc != fe->rfileProc)
fe->wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
}
processed++;
}
}
if (flags & AE_TIME_EVENTS) processed += processTimeEvents(eventLoop);
return processed;
}
上面的代码省略了 I/O 多路复用函数的等待时间，不过不会影响我们对代码的理解，整个方法大体由两部分代码组成，一部分处理文件事件，另一部分处理时间事件。
Redis 中�会处理两种事件：时间事件和文件事件。
文件事件
在一般情况下，aeProcessEvents 都会先计算最近的时间事件发生所需要等待的时间，然后调用 aeApiPoll 方法在这段时间中等待事件的发生，在这段时间中如果发生了文件事件，就会优先处理文件事件，否则就会一直等待，直到最近的时间事件需要触发：
numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp);
for (j = 0; j < numevents; j++) {
aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[eventLoop->fired[j].fd];
int mask = eventLoop->fired[j].mask;
int fd = eventLoop->fired[j].fd;
int rfired = 0;
if (fe->mask & mask & AE_READABLE) {
rfired = 1;
fe->rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
}
if (fe->mask & mask & AE_WRITABLE) {
if (!rfired || fe->wfileProc != fe->rfileProc)
fe->wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
}
processed++;
}
文件事件如果绑定了对应的读/写事件，就会执行对应的对应的代码，并传入事件循环、文件描述符、数据以及掩码：
fe->rfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
fe->wfileProc(eventLoop,fd,fe->clientData,mask);
其中 rfileProc 和 wfileProc 就是在文件事件被创建时传入的函数指针：
int aeCreateFileEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask, aeFileProc *proc, void *clientData) {
aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[fd];
if (aeApiAddEvent(eventLoop, fd, mask) == -1)
return AE_ERR;
fe->mask |= mask;
if (mask & AE_READABLE) fe->rfileProc = proc;
if (mask & AE_WRITABLE) fe->wfileProc = proc;
fe->clientData = clientData;
if (fd > eventLoop->maxfd)
eventLoop->maxfd = fd;
return AE_OK;
}
需要注意的是，传入的 proc 函数会在对应的 mask 位事件发生时执行。
时间事件
在 Redis 中会发生两种时间事件：
- 一种是定时事件，每隔一段时间会执行一次；
- 另一种是非定时事件，只会在某个时间点执行一次；
时间事件的处理在 processTimeEvents 中进行，我们会分三部分分析这个方法的实现：
static int processTimeEvents(aeEventLoop *eventLoop) {
int processed = 0;
aeTimeEvent *te, *prev;
long long maxId;
time_t now = time(NULL);
if (now < eventLoop->lastTime) {
te = eventLoop->timeEventHead;
while(te) {
te->when_sec = 0;
te = te->next;
}
}
eventLoop->lastTime = now;
由于对系统时间的调整会影响当前时间的获取，进而影响时间事件的执行；如果系统时间先被设置到了未来的时间，又设置成正确的值，这就会导致时间事件会随机延迟一段时间执行，也就是说，时间事件不会按照预期的安排尽早执行，而 eventLoop 中的 lastTime 就是用于检测上述情况的变量：
typedef struct aeEventLoop {
...
time_t lastTime; /* Used to detect system clock skew */
...
} aeEventLoop;
如果发现了系统时间被改变（小于上次 processTimeEvents 函数执行的开始时间），就会强制所有时间事件尽早执行。
prev = NULL;
te = eventLoop->timeEventHead;
maxId = eventLoop->timeEventNextId-1;
while(te) {
long now_sec, now_ms;
long long id;
if (te->id == AE_DELETED_EVENT_ID) {
aeTimeEvent *next = te->next;
if (prev == NULL)
eventLoop->timeEventHead = te->next;
else
prev->next = te->next;
if (te->finalizerProc)
te->finalizerProc(eventLoop, te->clientData);
zfree(te);
te = next;
continue;
}
Redis 处理时间事件时，不会在当前循环中直接移除不再需要执行的事件，而是会在当前循环中将时间事件的 id 设置为 AE_DELETED_EVENT_ID，然后再下一个循环中删除，并执行绑定的 finalizerProc。
aeGetTime(&now_sec, &now_ms);
if (now_sec > te->when_sec ||
(now_sec == te->when_sec && now_ms >= te->when_ms))
{
int retval;
id = te->id;
retval = te->timeProc(eventLoop, id, te->clientData);
processed++;
if (retval != AE_NOMORE) {
aeAddMillisecondsToNow(retval,&te->when_sec,&te->when_ms);
} else {
te->id = AE_DELETED_EVENT_ID;
}
}
prev = te;
te = te->next;
}
return processed;
}
在移除不需要执行的时间事件之后，我们就开始通过比较时间来判断是否需要调用 timeProc 函数，timeProc 函数的返回值 retval 为时间事件执行的时间间隔：
-
retval == AE_NOMORE：将时间事件的id设置为AE_DELETED_EVENT_ID，等待下次aeProcessEvents执行时将事件清除； -
retval != AE_NOMORE：修改当前时间事件的执行时间并重复利用当前的时间事件；
以使用 aeCreateTimeEvent 一个创建的简单时间事件为例：
aeCreateTimeEvent(config.el,1,showThroughput,NULL,NULL)
时间事件对应的函数 showThroughput 在每次执行时会返回一个数字，也就是该事件发生的时间间隔：
int showThroughput(struct aeEventLoop *eventLoop, long long id, void *clientData) {
...
float dt = (float)(mstime()-config.start)/1000.0;
float rps = (float)config.requests_finished/dt;
printf("%s: %.2f\r", config.title, rps);
fflush(stdout);
return 250; /* every 250ms */
}
这样就不需要重新 malloc 一块相同大小的内存，提高了时间事件处理的性能，并减少了内存的使用量。
我们对 Redis 中对时间事件的处理以流程图的形式简单总结一下：
process-time-event
创建时间事件的方法实现其实非常简单，在这里不想过多分析这个方法，唯一需要注意的就是时间事件的 id 跟数据库中的大多数主键都是递增的：
long long aeCreateTimeEvent(aeEventLoop *eventLoop, long long milliseconds,
aeTimeProc *proc, void *clientData,
aeEventFinalizerProc *finalizerProc) {
long long id = eventLoop->timeEventNextId++;
aeTimeEvent *te;
te = zmalloc(sizeof(*te));
if (te == NULL) return AE_ERR;
te->id = id;
aeAddMillisecondsToNow(milliseconds,&te->when_sec,&te->when_ms);
te->timeProc = proc;
te->finalizerProc = finalizerProc;
te->clientData = clientData;
te->next = eventLoop->timeEventHead;
eventLoop->timeEventHead = te;
return id;
}
事件的处理
上一章节我们已经从代码的角度对 Redis 中事件的处理有一定的了解，在这里，我想从更高的角度来观察 Redis 对于事件的处理是怎么进行的。
整个 Redis 服务在启动之后会陷入一个巨大的 while 循环，不停地执行 processEvents 方法处理文件事件 fe 和时间事件 te 。
有关 Redis 中的 I/O 多路复用模块可以看这篇文章 Redis 和 I/O 多路复用。
当文件事件触发时会被标记为 “红色” 交由 processEvents 方法处理，而时间事件的处理都会交给 processTimeEvents 这一子方法：
redis-eventloop-proces-event
在每个事件循环中 Redis 都会先处理文件事件，然后再处理时间事件直到整个循环停止，processEvents 和 processTimeEvents 作为 Redis 中发生事件的消费者，每次都会从“事件池”中拉去待处理的事件进行消费。
文件事件的处理
由于文件事件触发条件较多，并且 OS 底层实现差异性较大，底层的 I/O 多路复用模块使用了 eventLoop->aeFiredEvent 保存对应的文件描述符以及事件，将信息传递给上层进行处理，并抹平了底层实现的差异。
整个 I/O 多路复用模块在事件循环看来就是一个输入事件、输出 aeFiredEvent 数组的一个黑箱：
eventloop-file-event-in-redis
在这个黑箱中，我们使用 aeCreateFileEvent、 aeDeleteFileEvent 来添加删除需要监听的文件描述符以及事件。
在对应事件发生时，当前单元格会“变色”表示发生了可读（黄色）或可写（绿色）事件，调用 aeApiPoll 时会把对应的文件描述符和事件放入 aeFiredEvent 数组，并在 processEvents 方法中执行事件对应的回调。
时间事件的处理
时间事件的处理相比文件事件就容易多了，每次 processTimeEvents 方法调用时都会对整个 timeEventHead 数组进行遍历：
process-time-events-in-redis
遍历的过程中会将时间的触发时间与当前时间比较，然后执行时间对应的 timeProc，并根据 timeProc 的返回值修改当前事件的参数，并在下一个循环的遍历中移除不再执行的时间事件。
总结
笔者对于文章中两个模块的展示顺序考虑了比较久的时间，最后还是觉得，目前这样的顺序更易于理解。
Redis 对于事件的处理方式十分精巧，通过传入函数指针以及返回值的方式，将时间事件移除的控制权交给了需要执行的处理器 timeProc，在 processTimeEvents 设置 aeApiPoll 超时时间也十分巧妙，充分地利用了每一次事件循环，防止过多的无用的空转，并且保证了该方法不会阻塞太长时间。
事件循环的机制并不能时间事件准确地在某一个时间点一定执行，往往会比实际约定处理的时间稍微晚一些。
Reference
其它
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