Redis源码与设计剖析之网络连接库

 更新时间:2022年09月19日 10:47:00   作者:Onemorelight  
这篇文章主要为大家介绍了Redis源码与设计剖析之网络连接库详解,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪
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Redis 网络连接库分析

1. Redis网络连接库介绍

Redis网络连接库对应的文件是networking.c,这个文件主要负责:

  • 客户端的创建与释放.
  • 命令接收与命令回复.
  • Redis通信协议分析.
  • CLIENT 命令的实现.

2. 客户端的创建与释放

2.1 客户端的创建

Redis服务器是一个同时与多个客户端建立连接的程序. 当客户端连接上服务器时,服务器会建立一个server.h/client结构来保存客户端的状态信息. server.h/client结构如下所示:

typedef struct client {
    // client独一无二的ID
    uint64_t id;            /* Client incremental unique ID. */
    // client的套接字
    int fd;                 /* Client socket. */
    // 指向当前的数据库
    redisDb *db;            /* Pointer to currently SELECTed DB. */
    // 保存指向数据库的ID
    int dictid;             /* ID of the currently SELECTed DB. */
    // client的名字
    robj *name;             /* As set by CLIENT SETNAME. */
    // 输入缓冲区
    sds querybuf;           /* Buffer we use to accumulate client queries. */
    // 输入缓存的峰值
    size_t querybuf_peak;   /* Recent (100ms or more) peak of querybuf size. */
    // client输入命令时,参数的数量
    int argc;               /* Num of arguments of current command. */
    // client输入命令的参数列表
    robj **argv;            /* Arguments of current command. */
    // 保存客户端执行命令的历史记录
    struct redisCommand *cmd, *lastcmd;  /* Last command executed. */
    // 请求协议类型,内联或者多条命令
    int reqtype;            /* Request protocol type: PROTO_REQ_* */
    // 参数列表中未读取命令参数的数量,读取一个,该值减1
    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. */
    // 回复缓存列表,用于发送大于固定回复缓冲区的回复
    list *reply;            /* List of reply objects to send to the client. */
    // 回复缓存列表对象的总字节数
    unsigned long long reply_bytes; /* Tot bytes of objects in reply list. */
    // 已发送的字节数或对象的字节数
    size_t sentlen;         /* Amount of bytes already sent in the current
                               buffer or object being sent. */
    // client创建所需时间
    time_t ctime;           /* Client creation time. */
    // 最后一次和服务器交互的时间
    time_t lastinteraction; /* Time of the last interaction, used for timeout */
    // 客户端的输出缓冲区超过软性限制的时间,记录输出缓冲区第一次到达软性限制的时间
    time_t obuf_soft_limit_reached_time;
    // client状态的标志
    int flags;              /* Client flags: CLIENT_* macros. */
    // 认证标志,0表示未认证,1表示已认证
    int authenticated;      /* When requirepass is non-NULL. */
    // 从节点的复制状态
    int replstate;          /* Replication state if this is a slave. */
    // 在ack上设置从节点的写处理器,是否在slave向master发送ack,
    int repl_put_online_on_ack; /* Install slave write handler on ACK. */
    // 保存主服务器传来的RDB文件的文件描述符
    int repldbfd;           /* Replication DB file descriptor. */
    // 读取主服务器传来的RDB文件的偏移量
    off_t repldboff;        /* Replication DB file offset. */
    // 主服务器传来的RDB文件的大小
    off_t repldbsize;       /* Replication DB file size. */
    // 主服务器传来的RDB文件的大小,符合协议的字符串形式
    sds replpreamble;       /* Replication DB preamble. */
    // replication复制的偏移量
    long long reploff;      /* Replication offset if this is our master. */
    // 通过ack命令接收到的偏移量
    long long repl_ack_off; /* Replication ack offset, if this is a slave. */
    // 通过ack命令接收到的偏移量所用的时间
    long long repl_ack_time;/* Replication ack time, if this is a slave. */
    // FULLRESYNC回复给从节点的offset
    long long psync_initial_offset; /* FULLRESYNC reply offset other slaves
                                       copying this slave output buffer
                                       should use. */
    char replrunid[CONFIG_RUN_ID_SIZE+1]; /* Master run id if is a master. */
    // 从节点的端口号
    int slave_listening_port; /* As configured with: REPLCONF listening-port */
    // 从节点IP地址
    char slave_ip[NET_IP_STR_LEN]; /* Optionally given by REPLCONF ip-address */
    // 从节点的功能
    int slave_capa;         /* Slave capabilities: SLAVE_CAPA_* bitwise OR. */
    // 事物状态
    multiState mstate;      /* MULTI/EXEC state */
    // 阻塞类型
    int btype;              /* Type of blocking op if CLIENT_BLOCKED. */
    // 阻塞的状态
    blockingState bpop;     /* blocking state */
    // 最近一个写全局的复制偏移量
    long long woff;         /* Last write global replication offset. */
    // 监控列表
    list *watched_keys;     /* Keys WATCHED for MULTI/EXEC CAS */
    // 订阅频道
    dict *pubsub_channels;  /* channels a client is interested in (SUBSCRIBE) */
    // 订阅的模式
    list *pubsub_patterns;  /* patterns a client is interested in (SUBSCRIBE) */
    // 被缓存的ID
    sds peerid;             /* Cached peer ID. */
    /* Response buffer */
    // 回复固定缓冲区的偏移量
    int bufpos;
    // 回复固定缓冲区
    char buf[PROTO_REPLY_CHUNK_BYTES];
} client;

创建客户端的源码:

// 创建一个新的client
client *createClient(int fd) {
    client *c = zmalloc(sizeof(client));    //分配空间
    // 如果fd为-1,表示创建的是一个无网络连接的伪客户端,用于执行lua脚本的时候
    // 如果fd不等于-1,表示创建一个有网络连接的客户端
    if (fd != -1) {
        // 设置fd为非阻塞模式
        anetNonBlock(NULL,fd);
        // 禁止使用 Nagle 算法,client向内核递交的每个数据包都会立即发送给server出去,TCP_NODELAY
        anetEnableTcpNoDelay(NULL,fd);
        // 如果开启了tcpkeepalive,则设置 SO_KEEPALIVE
        if (server.tcpkeepalive)
            // 设置tcp连接的keep alive选项
            anetKeepAlive(NULL,fd,server.tcpkeepalive);
        // 创建一个文件事件状态el,且监听读事件,开始接受命令的输入
        if (aeCreateFileEvent(server.el,fd,AE_READABLE,
            readQueryFromClient, c) == AE_ERR)
        {
            close(fd);
            zfree(c);
            return NULL;
        }
    }
    // 默认选0号数据库
    selectDb(c,0);
    // 设置client的ID
    c->id = server.next_client_id++;
    // client的套接字
    c->fd = fd;
    // client的名字
    c->name = NULL;
    // 回复固定(静态)缓冲区的偏移量
    c->bufpos = 0;
    // 输入缓存区
    c->querybuf = sdsempty();
    // 输入缓存区的峰值
    c->querybuf_peak = 0;
    // 请求协议类型,内联或者多条命令,初始化为0
    c->reqtype = 0;
    // 参数个数
    c->argc = 0;
    // 参数列表
    c->argv = NULL;
    // 当前执行的命令和最近一次执行的命令
    c->cmd = c->lastcmd = NULL;
    // 查询缓冲区剩余未读取命令的数量
    c->multibulklen = 0;
    // 读入参数的长度
    c->bulklen = -1;
    // 已发的字节数
    c->sentlen = 0;
    // client的状态
    c->flags = 0;
    // 设置创建client的时间和最后一次互动的时间
    c->ctime = c->lastinteraction = server.unixtime;
    // 认证状态
    c->authenticated = 0;
    // replication复制的状态,初始为无
    c->replstate = REPL_STATE_NONE;
    // 设置从节点的写处理器为ack,是否在slave向master发送ack
    c->repl_put_online_on_ack = 0;
    // replication复制的偏移量
    c->reploff = 0;
    // 通过ack命令接收到的偏移量
    c->repl_ack_off = 0;
    // 通过ack命令接收到的偏移量所用的时间
    c->repl_ack_time = 0;
    // 从节点的端口号
    c->slave_listening_port = 0;
    // 从节点IP地址
    c->slave_ip[0] = '\0';
    // 从节点的功能
    c->slave_capa = SLAVE_CAPA_NONE;
    // 回复链表
    c->reply = listCreate();
    // 回复链表的字节数
    c->reply_bytes = 0;
    // 回复缓冲区的内存大小软限制
    c->obuf_soft_limit_reached_time = 0;
    // 回复链表的释放和复制方法
    listSetFreeMethod(c->reply,decrRefCountVoid);
    listSetDupMethod(c->reply,dupClientReplyValue);
    // 阻塞类型
    c->btype = BLOCKED_NONE;
    // 阻塞超过时间
    c->bpop.timeout = 0;
    // 造成阻塞的键字典
    c->bpop.keys = dictCreate(&setDictType,NULL);
    // 存储解除阻塞的键,用于保存PUSH入元素的键,也就是dstkey
    c->bpop.target = NULL;
    // 阻塞状态
    c->bpop.numreplicas = 0;
    // 要达到的复制偏移量
    c->bpop.reploffset = 0;
    // 全局的复制偏移量
    c->woff = 0;
    // 监控的键
    c->watched_keys = listCreate();
    // 订阅频道
    c->pubsub_channels = dictCreate(&setDictType,NULL);
    // 订阅模式
    c->pubsub_patterns = listCreate();
    // 被缓存的peerid,peerid就是 ip:port
    c->peerid = NULL;
    // 订阅发布模式的释放和比较方法
    listSetFreeMethod(c->pubsub_patterns,decrRefCountVoid);
    listSetMatchMethod(c->pubsub_patterns,listMatchObjects);
    // 将真正的client放在服务器的客户端链表中
    if (fd != -1) listAddNodeTail(server.clients,c);
    // 初始化client的事物状态
    initClientMultiState(c);
    return c;
}

根据创建的文件描述符fd,可以创建用于不同场景下的client. 这个fd就是服务器接收客户端connect后所返回的文件描述符.

  • fd == -1,表示创建一个无网络连接的客户端。主要用于执行 lua 脚本时.
  • fd != -1,表示接收到一个正常的客户端连接,则会创建一个有网络连接的客户端,也就是创建一个文件事件,来监听这个fd是否可读,当客户端发送数据,则事件被触发.

创建客户端的过程,会将server.h/client结构的所有成员初始化,接下里会介绍部分重点的成员.

int id:服务器对于每一个连接进来的都会创建一个ID,客户端的ID从1开始。每次重启服务器会刷新. int fd:当前客户端状态描述符。分为无网络连接的客户端和有网络连接的客户端. int flags:客户端状态的标志. robj *name:默认创建的客户端是没有名字的,可以通过CLIENT SETNAME命令设置名字. 后面会介绍该命令的实现. int reqtype:请求协议的类型. 因为Redis服务器支持Telnet的连接,因此Telnet命令请求协议类型是PROTO_REQ_INLINE,而redis-cli命令请求的协议类型是PROTO_REQ_MULTIBULK.

用于保存服务器接受客户端命令的成员:

sds querybuf:保存客户端发来命令请求的输入缓冲区. 以Redis通信协议的方式保存. size_t querybuf_peak:保存输入缓冲区的峰值. int argc:命令参数个数. robj *argv:命令参数列表.

用于保存服务器给客户端回复的成员:

char buf[16*1024]:保存执行完命令所得命令回复信息的静态缓冲区,它的大小是固定的,所以主要保存的是一些比较短的回复. 分配client结构空间时,就会分配一个16K的大小. int bufpos:记录静态缓冲区的偏移量,也就是buf数组已经使用的字节数. list *reply:保存命令回复的链表. 因为静态缓冲区大小固定,主要保存固定长度的命令回复,当处理一些返回大量回复的命令,则会将命令回复以链表的形式连接起来. unsigned long long reply_bytes:保存回复链表的字节数. size_t sentlen:已发送回复的字节数.

2.2 客户端的释放

客户端释放的函数是freeClient(),主要就是释放各种数据结构和清空一些缓冲区等操作,这里就不再列出源码.

我们可以重点关注一下异步释放客户端,源码如下:

// 异步释放client
void freeClientAsync(client *c) {
    // 如果是已经即将关闭或者是lua脚本的伪client,则直接返回
    if (c->flags & CLIENT_CLOSE_ASAP || c->flags & CLIENT_LUA) return;
    c->flags |= CLIENT_CLOSE_ASAP;
    // 将client加入到即将关闭的client链表中
    // server.clients_to_close 中保存着服务器中所有待关闭的链表
    listAddNodeTail(server.clients_to_close,c);
}

设置异步释放客户端的目的主要是:防止底层函数正在向客户端的输出缓冲区写数据的时候,关闭客户端,这样是不安全的. Redis会安排客户端在serverCron()函数的安全时间释放它.

当然也可以取消异步释放,那么就会调用freeClient()函数立即释放,源码如下:

// 取消设置异步释放的client
void freeClientsInAsyncFreeQueue(void) {
    // 遍历所有即将关闭的client
    while (listLength(server.clients_to_close)) {
        listNode *ln = listFirst(server.clients_to_close);
        client *c = listNodeValue(ln);
        // 取消立即关闭的标志
        c->flags &= ~CLIENT_CLOSE_ASAP;
        freeClient(c);
        // 从即将关闭的client链表中删除
        listDelNode(server.clients_to_close,ln);
    }
}

3. 命令接收与命令回复

3.1 命令接收

当客户端连接上Redis服务器后,服务器会得到一个文件描述符fd,而且服务器会监听该文件描述符的读事件,这些在createClient()函数中. 那么当客户端发送了命令,触发了AE_READABLE事件,那么就会调用回调函数readQueryFromClient()来从文件描述符fd中读发来的命令,并保存在输入缓冲区querybuf中. 而这个回调函数就是我们在Redis事件处理一文中所提到的指向回调函数的指针rfileProcwfileProc. 那么,我们先来分析readQueryFromClient函数.

// 读取client的输入缓冲区的内容
void readQueryFromClient(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
    client *c = (client*) privdata;
    int nread, readlen;
    size_t qblen;
    UNUSED(el);
    UNUSED(mask);
    // 读入的长度,默认16MB
    readlen = PROTO_IOBUF_LEN;
    // 如果是多条请求,根据请求的大小,设置读入的长度readlen
    if (c->reqtype == PROTO_REQ_MULTIBULK && c->multibulklen && c->bulklen != -1
        && c->bulklen >= PROTO_MBULK_BIG_ARG)
    {
        int remaining = (unsigned)(c->bulklen+2)-sdslen(c->querybuf);
        if (remaining < readlen) readlen = remaining;
    }
    // 输入缓冲区的长度
    qblen = sdslen(c->querybuf);
    // 更新缓冲区的峰值
    if (c->querybuf_peak < qblen) c->querybuf_peak = qblen;
    // 扩展缓冲区的大小
    c->querybuf = sdsMakeRoomFor(c->querybuf, readlen);
    // 将client发来的命令,读入到输入缓冲区中
    nread = read(fd, c->querybuf+qblen, readlen);
    // 读操作出错
    if (nread == -1) {
        if (errno == EAGAIN) {
            return;
        } else {
            serverLog(LL_VERBOSE, "Reading from client: %s",strerror(errno));
            freeClient(c);
            return;
        }
    // 读操作完成
    } else if (nread == 0) {
        serverLog(LL_VERBOSE, "Client closed connection");
        freeClient(c);
        return;
    }
    // 更新输入缓冲区的已用大小和未用大小。
    sdsIncrLen(c->querybuf,nread);
    // 设置最后一次服务器和client交互的时间
    c->lastinteraction = server.unixtime;
    // 如果是主节点,则更新复制操作的偏移量
    if (c->flags & CLIENT_MASTER) c->reploff += nread;
    // 更新从网络输入的字节数
    server.stat_net_input_bytes += nread;
    // 如果输入缓冲区长度超过服务器设置的最大缓冲区长度
    if (sdslen(c->querybuf) > server.client_max_querybuf_len) {
        // 将client信息转换为sds
        sds ci = catClientInfoString(sdsempty(),c), bytes = sdsempty();
        // 输入缓冲区保存在bytes中
        bytes = sdscatrepr(bytes,c->querybuf,64);
        // 打印到日志
        serverLog(LL_WARNING,"Closing client that reached max query buffer length: %s (qbuf initial bytes: %s)", ci, bytes);
        // 释放空间
        sdsfree(ci);
        sdsfree(bytes);
        freeClient(c);
        return;
    }
    // 处理client输入的命令内容
    processInputBuffer(c);
}

实际上,这个readQueryFromClient()函数是read函数的封装,从文件描述符fd中读出数据到输入缓冲区querybuf中,并更新输入缓冲区的峰值querybuf_peak,而且会检查读的长度,如果大于了server.client_max_querybuf_len则会退出,而这个阀值在服务器初始化为PROTO_MAX_QUERYBUF_LEN (1024*1024*1024)也就是1G大小.

回忆之前的各种命令实现,都是通过client的argv和argc这两个成员来处理的. 因此,服务器还需要将输入缓冲区querybuf中的数据,处理成参数列表的对象,也就是上面的processInputBuffer()函数. 源码如下:

// 处理client输入的命令内容
void processInputBuffer(client *c) {
    server.current_client = c;
    // 一直读输入缓冲区的内容
    while(sdslen(c->querybuf)) {
        // 如果处于暂停状态,直接返回
        if (!(c->flags & CLIENT_SLAVE) && clientsArePaused()) break;
        // 如果client处于被阻塞状态,直接返回
        if (c->flags & CLIENT_BLOCKED) break;
        // 如果client处于关闭状态,则直接返回
        if (c->flags & (CLIENT_CLOSE_AFTER_REPLY|CLIENT_CLOSE_ASAP)) break;
        // 如果是未知的请求类型,则判定请求类型
        if (!c->reqtype) {
            // 如果是"*"开头,则是多条请求,是client发来的
            if (c->querybuf[0] == '*') {
                c->reqtype = PROTO_REQ_MULTIBULK;
            // 否则就是内联请求,是Telnet发来的
            } else {
                c->reqtype = PROTO_REQ_INLINE;
            }
        }
        // 如果是内联请求
        if (c->reqtype == PROTO_REQ_INLINE) {
            // 处理Telnet发来的内联命令,并创建成对象,保存在client的参数列表中
            if (processInlineBuffer(c) != C_OK) break;
        // 如果是多条请求
        } else if (c->reqtype == PROTO_REQ_MULTIBULK) {
            // 将client的querybuf中的协议内容转换为client的参数列表中的对象
            if (processMultibulkBuffer(c) != C_OK) break;
        } else {
            serverPanic("Unknown request type");
        }
        // 如果参数为0,则重置client
        if (c->argc == 0) {
            resetClient(c);
        } else {
            /* Only reset the client when the command was executed. */
            // 执行命令成功后重置client
            if (processCommand(c) == C_OK)
                resetClient(c);
            if (server.current_client == NULL) break;
        }
    }
    // 执行成功,则将用于崩溃报告的client设置为NULL
    server.current_client = NULL;
}

redis-cli命令请求的协议类型是PROTO_REQ_MULTIBULK,进而调用processMultibulkBuffer()函数来处理:

// 将client的querybuf中的协议内容转换为client的参数列表中的对象
int processMultibulkBuffer(client *c) {
    char *newline = NULL;
    int pos = 0, ok;
    long long ll;
    // 参数列表中命令数量为0,因此先分配空间
    if (c->multibulklen == 0) {
        /* The client should have been reset */
        serverAssertWithInfo(c,NULL,c->argc == 0);
        /* Multi bulk length cannot be read without a \r\n */
        // 查询第一个换行符
        newline = strchr(c->querybuf,'\r');
        // 没有找到\r\n,表示不符合协议,返回错误
        if (newline == NULL) {
            if (sdslen(c->querybuf) > PROTO_INLINE_MAX_SIZE) {
                addReplyError(c,"Protocol error: too big mbulk count string");
                setProtocolError(c,0);
            }
            return C_ERR;
        }
        /* Buffer should also contain \n */
        // 检查格式
        if (newline-(c->querybuf) > ((signed)sdslen(c->querybuf)-2))
            return C_ERR;
        /* We know for sure there is a whole line since newline != NULL,
         * so go ahead and find out the multi bulk length. */
        // 保证第一个字符为'*'
        serverAssertWithInfo(c,NULL,c->querybuf[0] == '*');
        // 将'*'之后的数字转换为整数。*3\r\n
        ok = string2ll(c->querybuf+1,newline-(c->querybuf+1),&ll);
        if (!ok || ll > 1024*1024) {
            addReplyError(c,"Protocol error: invalid multibulk length");
            setProtocolError(c,pos);
            return C_ERR;
        }
        // 指向"*3\r\n"的"\r\n"之后的位置
        pos = (newline-c->querybuf)+2;
        // 空白命令,则将之前的删除,保留未阅读的部分
        if (ll <= 0) {
            sdsrange(c->querybuf,pos,-1);
            return C_OK;
        }
        // 参数数量
        c->multibulklen = ll;
        /* Setup argv array on client structure */
        // 分配client参数列表的空间
        if (c->argv) zfree(c->argv);
        c->argv = zmalloc(sizeof(robj*)*c->multibulklen);
    }
    serverAssertWithInfo(c,NULL,c->multibulklen > 0);
    // 读入multibulklen个参数,并创建对象保存在参数列表中
    while(c->multibulklen) {
        /* Read bulk length if unknown */
        // 读入参数的长度
        if (c->bulklen == -1) {
            // 找到换行符,确保"\r\n"存在
            newline = strchr(c->querybuf+pos,'\r');
            if (newline == NULL) {
                if (sdslen(c->querybuf) > PROTO_INLINE_MAX_SIZE) {
                    addReplyError(c,
                        "Protocol error: too big bulk count string");
                    setProtocolError(c,0);
                    return C_ERR;
                }
                break;
            }
            /* Buffer should also contain \n */
            // 检查格式
            if (newline-(c->querybuf) > ((signed)sdslen(c->querybuf)-2))
                break;
            // $3\r\nSET\r\n...,确保是'$'字符,保证格式
            if (c->querybuf[pos] != '$') {
                addReplyErrorFormat(c,
                    "Protocol error: expected '$', got '%c'",
                    c->querybuf[pos]);
                setProtocolError(c,pos);
                return C_ERR;
            }
            // 将参数长度保存到ll。
            ok = string2ll(c->querybuf+pos+1,newline-(c->querybuf+pos+1),&ll);
            if (!ok || ll < 0 || ll > 512*1024*1024) {
                addReplyError(c,"Protocol error: invalid bulk length");
                setProtocolError(c,pos);
                return C_ERR;
            }
            // 定位第一个参数的位置,也就是SET的S
            pos += newline-(c->querybuf+pos)+2;
            // 参数长度太长,进行优化
            if (ll >= PROTO_MBULK_BIG_ARG) {
                size_t qblen;
                /* If we are going to read a large object from network
                 * try to make it likely that it will start at c->querybuf
                 * boundary so that we can optimize object creation
                 * avoiding a large copy of data. */
                // 如果我们要从网络中读取一个大的对象,尝试使它可能从c-> querybuf边界开始,以便我们可以优化对象创建,避免大量的数据副本
                // 保存未读取的部分
                sdsrange(c->querybuf,pos,-1);
                // 重置偏移量
                pos = 0;
                // 获取querybuf中已使用的长度
                qblen = sdslen(c->querybuf);
                /* Hint the sds library about the amount of bytes this string is
                 * going to contain. */
                // 扩展querybuf的大小
                if (qblen < (size_t)ll+2)
                    c->querybuf = sdsMakeRoomFor(c->querybuf,ll+2-qblen);
            }
            // 保存参数的长度
            c->bulklen = ll;
        }
        /* Read bulk argument */
        // 因为只读了multibulklen字节的数据,读到的数据不够,则直接跳出循环,执行processInputBuffer()函数循环读取
        if (sdslen(c->querybuf)-pos < (unsigned)(c->bulklen+2)) {
            /* Not enough data (+2 == trailing \r\n) */
            break;
        // 为参数创建了对象
        } else {
            /* Optimization: if the buffer contains JUST our bulk element
             * instead of creating a new object by *copying* the sds we
             * just use the current sds string. */
            // 如果读入的长度大于32k
            if (pos == 0 &&
                c->bulklen >= PROTO_MBULK_BIG_ARG &&
                (signed) sdslen(c->querybuf) == c->bulklen+2)
            {
                c->argv[c->argc++] = createObject(OBJ_STRING,c->querybuf);
                // 跳过换行
                sdsIncrLen(c->querybuf,-2); /* remove CRLF */
                /* Assume that if we saw a fat argument we'll see another one
                 * likely... */
                // 设置一个新长度
                c->querybuf = sdsnewlen(NULL,c->bulklen+2);
                sdsclear(c->querybuf);
                pos = 0;
            // 创建对象保存在client的参数列表中
            } else {
                c->argv[c->argc++] =
                    createStringObject(c->querybuf+pos,c->bulklen);
                pos += c->bulklen+2;
            }
            // 清空命令内容的长度
            c->bulklen = -1;
            // 未读取命令参数的数量,读取一个,该值减1
            c->multibulklen--;
        }
    }
    /* Trim to pos */
    // 删除已经读取的,保留未读取的
    if (pos) sdsrange(c->querybuf,pos,-1);
    /* We're done when c->multibulk == 0 */
    // 命令的参数全部被读取完
    if (c->multibulklen == 0) return C_OK;
    /* Still not read to process the command */
    return C_ERR;
}

我们结合一个多条批量回复进行分析。一个多条批量回复以 *<argc>\r\n为前缀,后跟多条不同的批量回复,其中 argc为这些批量回复的数量. 那么SET nmykey nmyvalue命令转换为Redis协议内容如下:

"*3\r\n$3\r\nSET\r\n$5\r\nmykey\r\n$7\r\nmyvalue\r\n"

当进入processMultibulkBuffer()函数之后,如果是第一次执行该函数,那么argv中未读取的命令数量为0,也就是说参数列表为空,那么会执行if (c->multibulklen == 0)的代码,这里的代码会解析*3\r\n,将3保存到multibulklen中,表示后面的参数个数,然后根据参数个数,为argv分配空间.

接着,执行multibulklen次while循环,每次读一个参数,例如$3\r\nSET\r\n,也是先读出参数长度,保存在bulklen中,然后将参数SET保存构建成对象保存到参数列表中. 每次读一个参数,multibulklen就会减1,当等于0时,就表示命令的参数全部读取到参数列表完毕.

于是命令接收的整个过程完成.

3.2 命令回复

命令回复的函数,也是事件处理程序的回调函数之一. 当服务器的client的回复缓冲区有数据,那么就会调用aeCreateFileEvent(server.el, c->fd, AE_WRITABLE,sendReplyToClient, c)函数,将文件描述符fdAE_WRITABLE事件关联起来,当客户端可写时,就会触发事件,调用sendReplyToClient()函数,执行写事件. 我们重点看这个函数的代码:

// 写事件处理程序,只是发送回复给client
void sendReplyToClient(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
    UNUSED(el);
    UNUSED(mask);
    // 发送完数据会删除fd的可读事件
    writeToClient(fd,privdata,1);
}

这个函数直接调用了writeToClient()函数:

// 将输出缓冲区的数据写给client,如果client被释放则返回C_ERR,没被释放则返回C_OK
int writeToClient(int fd, client *c, int handler_installed) {
    ssize_t nwritten = 0, totwritten = 0;
    size_t objlen;
    size_t objmem;
    robj *o;
    // 如果指定的client的回复缓冲区中还有数据,则返回真,表示可以写socket
    while(clientHasPendingReplies(c)) {
        // 固定缓冲区发送未完成
        if (c->bufpos > 0) {
            // 将缓冲区的数据写到fd中
            nwritten = write(fd,c->buf+c->sentlen,c->bufpos-c->sentlen);
            // 写失败跳出循环
            if (nwritten <= 0) break;
            // 更新发送的数据计数器
            c->sentlen += nwritten;
            totwritten += nwritten;
            // 如果发送的数据等于buf的偏移量,表示发送完成
            if ((int)c->sentlen == c->bufpos) {
                // 则将其重置
                c->bufpos = 0;
                c->sentlen = 0;
            }
        // 固定缓冲区发送完成,发送回复链表的内容
        } else {
            // 回复链表的第一条回复对象,和对象值的长度和所占的内存
            o = listNodeValue(listFirst(c->reply));
            objlen = sdslen(o->ptr);
            objmem = getStringObjectSdsUsedMemory(o);
            // 跳过空对象,并删除这个对象
            if (objlen == 0) {
                listDelNode(c->reply,listFirst(c->reply));
                c->reply_bytes -= objmem;
                continue;
            }
            // 将当前节点的值写到fd中
            nwritten = write(fd, ((char*)o->ptr)+c->sentlen,objlen-c->sentlen);
            // 写失败跳出循环
            if (nwritten <= 0) break;
            // 更新发送的数据计数器
            c->sentlen += nwritten;
            totwritten += nwritten;
            // 发送完成,则删除该节点,重置发送的数据长度,更新回复链表的总字节数
            if (c->sentlen == objlen) {
                listDelNode(c->reply,listFirst(c->reply));
                c->sentlen = 0;
                c->reply_bytes -= objmem;
            }
        }
        // 更新写到网络的字节数
        server.stat_net_output_bytes += totwritten;
        // 如果这次写的总量大于NET_MAX_WRITES_PER_EVENT的限制,则会中断本次的写操作,将处理时间让给其他的client,以免一个非常的回复独占服务器,剩余的数据下次继续在写
        // 但是,如果当服务器的内存数已经超过maxmemory,即使超过最大写NET_MAX_WRITES_PER_EVENT的限制,也会继续执行写入操作,是为了尽快写入给客户端
        if (totwritten > NET_MAX_WRITES_PER_EVENT &&
            (server.maxmemory == 0 ||
             zmalloc_used_memory() < server.maxmemory)) break;
    }
    // 处理写入失败
    if (nwritten == -1) {
        if (errno == EAGAIN) {
            nwritten = 0;
        } else {
            serverLog(LL_VERBOSE,
                "Error writing to client: %s", strerror(errno));
            freeClient(c);
            return C_ERR;
        }
    }
    // 写入成功
    if (totwritten > 0) {
        // 如果不是主节点服务器,则更新最近和服务器交互的时间
        if (!(c->flags & CLIENT_MASTER)) c->lastinteraction = server.unixtime;
    }
    // 如果指定的client的回复缓冲区中已经没有数据,发送完成
    if (!clientHasPendingReplies(c)) {
        c->sentlen = 0;
        // 删除当前client的可读事件的监听
        if (handler_installed) aeDeleteFileEvent(server.el,c->fd,AE_WRITABLE);
        /* Close connection after entire reply has been sent. */
        // 如果指定了写入按成之后立即关闭的标志,则释放client
        if (c->flags & CLIENT_CLOSE_AFTER_REPLY) {
            freeClient(c);
            return C_ERR;
        }
    }
    return C_OK;
}

这个函数实际上是对write()函数的封装,将静态回复缓冲区buf或回复链表reply中的数据循环写到文件描述符fd中. 如果写完了,则将当前客户端的AE_WRITABLE事件删除.

4. CLIENT命令的实现

CLIENT相关的命令大致有6条:

CLIENT KILL [ip:port] [ID client-id] [TYPE normal|master|slave|pubsub] [ADDR ip:port] [SKIPME yes/no] 
CLIENT GETNAME
CLIENT LIST
CLIENT PAUSE timeout 
CLIENT REPLY ON|OFF|SKIP 
CLIENT SETNAME connection-name 

下面是client命令的实现:

// client 命令的实现
void clientCommand(client *c) {
    listNode *ln;
    listIter li;
    client *client;
    //  CLIENT LIST 的实现
    if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"list") && c->argc == 2) {
        /* CLIENT LIST */
        // 获取所有的client信息
        sds o = getAllClientsInfoString();
        // 添加到到输入缓冲区中
        addReplyBulkCBuffer(c,o,sdslen(o));
        sdsfree(o);
    // CLIENT REPLY ON|OFF|SKIP 命令实现
    } else if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"reply") && c->argc == 3) {
        /* CLIENT REPLY ON|OFF|SKIP */
        // 如果是 ON
        if (!strcasecmp(c->argv[2]->ptr,"on")) {
            // 取消 off 和 skip 的标志
            c->flags &= ~(CLIENT_REPLY_SKIP|CLIENT_REPLY_OFF);
            // 回复 +OK
            addReply(c,shared.ok);
        // 如果是 OFF
        } else if (!strcasecmp(c->argv[2]->ptr,"off")) {
            // 打开 OFF标志
            c->flags |= CLIENT_REPLY_OFF;
        // 如果是 SKIP
        } else if (!strcasecmp(c->argv[2]->ptr,"skip")) {
            // 没有设置 OFF 则设置 SKIP 标志
            if (!(c->flags & CLIENT_REPLY_OFF))
                c->flags |= CLIENT_REPLY_SKIP_NEXT;
        } else {
            addReply(c,shared.syntaxerr);
            return;
        }
    //  CLIENT KILL [ip:port] [ID client-id] [TYPE normal | master | slave | pubsub] [ADDR ip:port] [SKIPME yes / no]
    } else if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"kill")) {
        /* CLIENT KILL <ip:port>
         * CLIENT KILL <option> [value] ... <option> [value] */
        char *addr = NULL;
        int type = -1;
        uint64_t id = 0;
        int skipme = 1;
        int killed = 0, close_this_client = 0;
        // CLIENT KILL addr:port只能通过地址杀死client,旧版本兼容
        if (c->argc == 3) {
            /* Old style syntax: CLIENT KILL <addr> */
            addr = c->argv[2]->ptr;
            skipme = 0; /* With the old form, you can kill yourself. */
        // 新版本可以根据[ID client-id] [master|normal|slave|pubsub] [ADDR ip:port] [SKIPME yes/no]杀死client
        } else if (c->argc > 3) {
            int i = 2; /* Next option index. */
            /* New style syntax: parse options. */
            // 解析语法
            while(i < c->argc) {
                int moreargs = c->argc > i+1;
                // CLIENT KILL [ID client-id]
                if (!strcasecmp(c->argv[i]->ptr,"id") && moreargs) {
                    long long tmp;
                    // 获取client的ID
                    if (getLongLongFromObjectOrReply(c,c->argv[i+1],&tmp,NULL)
                        != C_OK) return;
                    id = tmp;
                // CLIENT KILL TYPE type, 这里的 type 可以是 [master|normal|slave|pubsub]
                } else if (!strcasecmp(c->argv[i]->ptr,"type") && moreargs) {
                    // 获取client的类型,[master|normal|slave|pubsub]四种之一
                    type = getClientTypeByName(c->argv[i+1]->ptr);
                    if (type == -1) {
                        addReplyErrorFormat(c,"Unknown client type '%s'",
                            (char*) c->argv[i+1]->ptr);
                        return;
                    }
                // CLIENT KILL [ADDR ip:port]
                } else if (!strcasecmp(c->argv[i]->ptr,"addr") && moreargs) {
                    // 获取ip:port
                    addr = c->argv[i+1]->ptr;
                // CLIENT KILL [SKIPME yes/no]
                } else if (!strcasecmp(c->argv[i]->ptr,"skipme") && moreargs) {
                    // 如果是yes,设置设置skipme,调用该命令的客户端将不会被杀死
                    if (!strcasecmp(c->argv[i+1]->ptr,"yes")) {
                        skipme = 1;
                    // 设置为no会影响到还会杀死调用该命令的客户端。
                    } else if (!strcasecmp(c->argv[i+1]->ptr,"no")) {
                        skipme = 0;
                    } else {
                        addReply(c,shared.syntaxerr);
                        return;
                    }
                } else {
                    addReply(c,shared.syntaxerr);
                    return;
                }
                i += 2;
            }
        } else {
            addReply(c,shared.syntaxerr);
            return;
        }
        /* Iterate clients killing all the matching clients. */
        listRewind(server.clients,&li);
        // 迭代所有的client节点
        while ((ln = listNext(&li)) != NULL) {
            client = listNodeValue(ln);
            // 比较当前client和这四类信息,如果有一个不符合就跳过本层循环,否则就比较下一个信息
            if (addr && strcmp(getClientPeerId(client),addr) != 0) continue;
            if (type != -1 && getClientType(client) != type) continue;
            if (id != 0 && client->id != id) continue;
            if (c == client && skipme) continue;
            /* Kill it. */
            // 杀死当前的client
            if (c == client) {
                close_this_client = 1;
            } else {
                freeClient(client);
            }
            // 计算杀死client的个数
            killed++;
        }
        /* Reply according to old/new format. */
        // 回复client信息
        if (c->argc == 3) {
            // 没找到符合信息的
            if (killed == 0)
                addReplyError(c,"No such client");
            else
                addReply(c,shared.ok);
        } else {
            // 发送杀死的个数
            addReplyLongLong(c,killed);
        }
        /* If this client has to be closed, flag it as CLOSE_AFTER_REPLY
         * only after we queued the reply to its output buffers. */
        if (close_this_client) c->flags |= CLIENT_CLOSE_AFTER_REPLY;
    //  CLIENT SETNAME connection-name
    } else if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"setname") && c->argc == 3) {
        int j, len = sdslen(c->argv[2]->ptr);
        char *p = c->argv[2]->ptr;
        /* Setting the client name to an empty string actually removes
         * the current name. */
        // 设置名字为空
        if (len == 0) {
            // 先释放掉原来的名字
            if (c->name) decrRefCount(c->name);
            c->name = NULL;
            addReply(c,shared.ok);
            return;
        }
        /* Otherwise check if the charset is ok. We need to do this otherwise
         * CLIENT LIST format will break. You should always be able to
         * split by space to get the different fields. */
        // 检查名字格式是否正确
        for (j = 0; j < len; j++) {
            if (p[j] < '!' || p[j] > '~') { /* ASCII is assumed. */
                addReplyError(c,
                    "Client names cannot contain spaces, "
                    "newlines or special characters.");
                return;
            }
        }
        // 释放原来的名字
        if (c->name) decrRefCount(c->name);
        // 设置新名字
        c->name = c->argv[2];
        incrRefCount(c->name);
        addReply(c,shared.ok);
    //  CLIENT GETNAME
    } else if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"getname") && c->argc == 2) {
        // 回复名字
        if (c->name)
            addReplyBulk(c,c->name);
        else
            addReply(c,shared.nullbulk);
    //  CLIENT PAUSE timeout
    } else if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"pause") && c->argc == 3) {
        long long duration;
        // 以毫秒为单位将等待时间保存在duration中
        if (getTimeoutFromObjectOrReply(c,c->argv[2],&duration,UNIT_MILLISECONDS)
                                        != C_OK) return;
        // 暂停client
        pauseClients(duration);
        addReply(c,shared.ok);
    } else {
        addReplyError(c, "Syntax error, try CLIENT (LIST | KILL | GETNAME | SETNAME | PAUSE | REPLY)");
    }
}

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