Redis事件驱动

概述

Redis 中使用事件驱动模型来处理客户端请求和服务器响应。采用 I/O 多路复用技术。

在 Redis 中，事件驱动的工作原理如下：

Redis 服务器初始化一个事件循环，并在其中监听套接字描述符的 I/O 事件。
当有新的客户端连接请求时，server socket 会产生一个 AE_READABLE 事件，并将其放入到队列中。
命令连接处理器创建socket连接，并将AE_READABLE事件与命令请求处理器关联。
客户段发送命令请求，产生可读事件，事件循环监听到之后压入队列，事件分配器发送给命令请求处理器。读取socket内容，执行命令，完成后将AE_WRITEABLE事件与命令回复器关联
如果客户端以准备好接收结果，socket会产生AE_WRITEABLE事件，然后继续压入队列，被命令回复处理器处理并返回结果。

Redis Pub/Sub

SUBSCRIBE，UNSUBSCRIBE 和 PUBLISH 实现了发布/订阅消息范式，其中发送者（发布者）不会直接发送消息给特定的接收者（订阅者）。相反，发布的消息被归类到通道（Channel）中，发布者并不知道是否有订阅者。订阅者对一个或多个通道表达兴趣，并且只接收感兴趣的消息，不知道是否有发布者。

1.基本的发布订阅

2.模式匹配

3. 取消订阅

主从复制

Redis主进程fork生成的子进程可以共享主进程的所有内存数据，fork并不会带来明显的性能开销，因为不会立刻对内存进行拷贝，它会将拷贝内存的动作推迟到真正需要的时候。如果主进程是读取内存数据，那么和BGSAVE子进程并不冲突。如果主进程要修改Redis内存中某个数据，那么操作系统内核会将被修改的内存数据复制一份（复制的是修改之前的数据），未被修改的内存数据依然被父子两个进程共享，被主进程修改的内存空间归属于主进程，被复制出来的原始数据归属于子进程。如此一来，主进程就可以在快照发生的过程中肆无忌惮地接受数据写入的请求，bgsave完成之后将新写的数据也写进rdb文件

redis server会为每一个连接到自己的客户端创建一个replication buffer，用来缓存主库执行的命令。等从库加载完成RDB文件后，主库就会把缓存的命令发送给从库

i/o多路复用程序的实现

redis的i/o复用程序底层实现了select，epoll，evport和kqueue这些i/o多路复用函数库，他们实现了相同的api，所以底层实现可以互换（工厂模式）。

select

在调用select函数时，应用程序会将需要监视的文件描述符集合传递给内核。内核会遍历这些文件描述符，检查它们的状态是否发生变化（如是否可以读取、是否可以写入等）。如果有文件描述符的状态发生变化，内核会将这些文件描述符添加到就绪列表中，然后返回给应用程序。

epoll

epoll使用了事件就绪通知机制。应用程序通过调用epoll_ctl函数向内核注册需要监视的文件描述符，并指定感兴趣的事件类型（如可读、可写等）。当有文件描述符的状态发生变化时，内核会立即将这些事件通知给应用程序，而不需要应用程序轮询文件描述符的状态。

evport

kqueue

Redis数据类型

主要提供了5种数据类型：字符串(string)、哈希(hash)、列表(list)、集合(set)、有序集合(zset)。Redis还提供了Bitmap、HyperLogLog、Geo类型，但这些类型都是基于上述核心数据类型实现的。5.0版本中，Redis新增加了Streams数据类型，它是一个功能强大的、支持多播的、可持久化的消息队列。

1. string可以存储字符串、数字和二进制数据，除了值可以是String以外，所有的键也可以是string，string最大可以存储大小为512M的数据。

2. list保证数据线性有序且元素可重复，它支持lpush、blpush、rpop、brpop等操作，可以当作简单的消息队列使用，一个list最多可以存储2^32-1个元素。

3. hash的值本身也是一个键值对结构，最多能存储2^32-1个元素。

4. set是无序不可重复的，它支持多个set求交集、并集、差集，适合实现共同关注之类的需求，一个set最多可以存储2^32-1个元素。

5. zset是有序不可重复的，它通过给每个元素设置一个分数来作为排序的依据，一个zset最多可以存储2^32-1个元素。

每种类型支持多个编码，每一种编码采取一个特殊的结构来实现，各类数据结构内部的编码及结构：

string：编码分为int、raw、embstr。int底层实现为long，当数据为整数型并且可以用long类型表示时可以用long存储。embstr底层实现为占一块内存的SDS结构，当数据为长度不超过32字节的字符串时，选择以此结构连续存储元数据和值。raw底层实现为占两块内存的SDS，用于存储长度超过32字节的字符串数据，此时会在两块内存中分别存储元数据和值。
list：编码分为ziplist、linkedlist、quicklist（3.2以前版本没有quicklist）。ziplist底层实现为压缩列表，当元素数量小于512且所有元素长度都小于64字节时，使用这种结构来存储。linkedlist底层实现为双端链表，当数据不符合ziplist条件时，使用这种结构存储。3.2版本之后list采用quicklist的快速列表结构来代替前两种。
hash：编码分为ziplist、hashtable两种。其中ziplist底层实现为压缩列表，当键值对数量小于512，并且所有的键值长度都小于64字节时使用这种结构进行存储。hashtable底层实现为字典，当不符合压缩列表存储条件时，使用字典进行存储。
set：编码分为inset、hashtable。intset底层实现为整数集合，当所有元素都是整数值且数量不超过512个时使用该结构存储，否则使用字典结构存储。
zset：编码分为ziplist、skiplist。当元素数量小于128，并且每个元素长度都小于64字节时，使用ziplist压缩列表结构存储，否则使用skiplist的字典+跳表的结构存储。

Redis没有直接使用C语言传统的字符串表示，而是自己构建了一种名为简单动态字符串（Simple Dynamic String），即SDS的抽象类型，并将SDS用作Redis的默认字符串表示。每个sds.h/sdshdr结构表示一个SDS值，它有三个属性，这里我们举个例子：