Redis 一直被称为单线程架构，按照我们通常的理解，单个线程只能处理单个客户端的请求，但是在实际使用时，我们会看到 Redis 能同时和成百上千个客户端进行交互，这就是因为 Redis 基于 Reactor 模型，实现了高性能的网络框架，通过事件驱动框架，Redis 可以使用一个循环来不断捕获、分发和处理客户端产生的网络连接、数据读写事件。

Redis 的网络框架是实现了 Reactor 模型吗？
分成两部分来回答：
一是介绍 Reactor 模型是什么，二是说明 Redis 代码实现是如何与 Reactor 模型相对应的。

什么是 Reactor 模型

Reactor 模型就是网络服务器端用来处理高并发网络 IO 请求的一种编程模型。
我把这个模型的特征用两个“三”来总结，也就是：

• 三类处理事件，即连接事件、写事件、读事件；
• 三个关键角色，即 reactor、acceptor、handler。

Reactor 模型是如何基于这三类事件和三个角色来处理高并发请求的呢？

三类事件和 Reactor 模型的关系

Reactor 模型处理的是客户端和服务器端的交互过程，而这三类事件正好对应了客户端和服务器端交互过程中，不同类请求在服务器端引发的待处理事件：

• 当一个客户端要和服务器端进行交互时，客户端会向服务器端发送连接请求，以建立连接，这就对应了服务器端的一个连接事件
• 一旦连接建立后，客户端会给服务器端发送读请求，以便读取数据。服务器端在处理读请求时，需要向客户端写回数据，这对应了服务器端的写事件
• 无论客户端给服务器端发送读或写请求，服务器端都需要从客户端读取请求内容，所以在这里，读或写请求的读取就对应了服务器端的读事件

这三类事件是由谁来处理的呢？

• 首先，连接事件由 acceptor 来处理，负责接收连接；acceptor 在接收连接后，会创建 handler，用于网络连接上对后续读写事件的处理；
• 其次，读写事件由 handler 处理；
• 最后，在高并发场景中，连接事件、读写事件会同时发生，所以，我们需要有一个角色专门监听和分配事件，这就是 reactor 角色。当有连接请求时，reactor 将产生的连接事件交由 acceptor 处理；当有读写请求时，reactor 将读写事件交由 handler 处理。

事实上，这三个角色都是 Reactor 模型中要实现的功能的抽象。当我们遵循 Reactor 模型开发服务器端的网络框架时，就需要在编程的时候，在代码功能模块中实现 reactor、acceptor 和 handler 的逻辑。

在编程时，我们又该如何实现这三者的交互呢？

所谓的事件驱动框架，就是在实现 Reactor 模型时，需要实现的代码整体控制逻辑。
事件驱动框架包括了两部分：一是事件初始化；二是事件捕获、分发和处理主循环。

事件初始化是在服务器程序启动时就执行的，它的作用主要是创建需要监听的事件类型，以及该类事件对应的 handler。而一旦服务器完成初始化后，事件初始化也就相应完成了，服务器程序就需要进入到事件捕获、分发和处理的主循环中。

在开发代码时，我们通常会用一个 while 循环来作为这个主循环。然后在这个主循环中，我们需要捕获发生的事件、判断事件类型，并根据事件类型，调用在初始化时创建好的事件 handler 来实际处理事件。

比如说，当有连接事件发生时，服务器程序需要调用 acceptor 处理函数，创建和客户端的连接。而当有读事件发生时，就表明有读或写请求发送到了服务器端，服务器程序就要调用具体的请求处理函数，从客户端连接中读取请求内容，进而就完成了读事件的处理

Reactor 模型的基本工作机制：客户端的不同类请求会在服务器端触发连接、读、写三类事件，这三类事件的监听、分发和处理又是由 reactor、acceptor、handler 三类角色来完成的，然后这三类角色会通过事件驱动框架来实现交互和事件处理。

如何开发实现一个事件驱动框架呢？

Redis 的网络框架实现了 Reactor 模型，并且自行开发实现了一个事件驱动框架。这个框架对应的 Redis 代码实现文件是ae.c，对应的头文件是ae.h。

事件驱动框架的实现离不开事件的定义，以及事件注册、捕获、分发和处理等一系列操作。当然，对于整个框架来说，还需要能一直运行，持续地响应发生的事件。从 ae.h 头文件中就可以看到，Redis 为了实现事件驱动框架，相应地定义了事件的数据结构、框架主循环函数、事件捕获分发函数、事件和 handler 注册函数。

事件的数据结构定义：以 aeFileEvent 为例

在 Redis 事件驱动框架的实现当中，事件的数据结构是关联事件类型和事件处理函数的关键要素。而 Redis 的事件驱动框架定义了两类事件：IO 事件和时间事件，分别对应了客户端发送的网络请求和 Redis 自身的周期性操作。

aeFileEvent 是一个结构体，它定义了 4 个成员变量 mask、rfileProce、wfileProce 和 clientData

• mask 是用来表示事件类型的掩码。对于网络通信的事件来说，主要有 AE_READABLE、AE_WRITABLE 和 AE_BARRIER 三种类型事件。框架在分发事件时，依赖的就是结构体中的事件类型；
• rfileProc 和 wfileProce 分别是指向 AE_READABLE 和 AE_WRITABLE 这两类事件的处理函数，也就是 Reactor 模型中的 handler。框架在分发事件后，就需要调用结构体中定义的函数进行事件处理；
• 最后一个成员变量 clientData 是用来指向客户端私有数据的指针。

主循环：aeMain 函数

aeMain 函数的逻辑很简单，就是用一个循环不停地判断事件循环的停止标记。如果事件循环的停止标记被设置为 true，那么针对事件捕获、分发和处理的整个主循环就停止了；否则，主循环会一直执行。

aeMain 函数是在哪里被调用的呢？
服务器程序的 main 函数在完成 Redis server 的初始化后，会调用 aeMain 函数开始执行事件驱动框架

事件捕获与分发：aeProcessEvents 函数

aeMain 函数包含了事件框架的主循环，那么在主循环中，事件又是如何被捕获、分发和处理呢？
aeProcessEvents 函数实现的主要功能，包括捕获事件、判断事件类型和调用具体的事件处理函数，从而实现事件的处理。

从 aeProcessEvents 函数的主体结构中，我们可以看到主要有三个 if 条件分支

int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags)
{
    int processed = 0, numevents;
 
    /* 若没有事件处理，则立刻返回*/
    if (!(flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_FILE_EVENTS)) return 0;
    /*如果有IO事件发生，或者紧急的时间事件发生，则开始处理*/
    if (eventLoop->maxfd != -1 || ((flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_DONT_WAIT))) {
       …
    }
    /* 检查是否有时间事件，若有，则调用processTimeEvents函数处理 */
    if (flags & AE_TIME_EVENTS)
        processed += processTimeEvents(eventLoop);
    /* 返回已经处理的文件或时间*/
    return processed; 
}
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• 既没有时间事件，也没有网络事件；
• 有 IO 事件或者有需要紧急处理的时间事件
• 只有普通的时间事件。

那么对于第一种情况来说，因为没有任何事件需要处理，aeProcessEvents 函数就会直接返回到 aeMain 的主循环，开始下一轮的循环；而对于第三种情况来说，该情况发生时只有普通时间事件发生，所以 aeMain 函数会调用专门处理时间事件的函数 processTimeEvents，对时间事件进行处理。第二种情况,当该情况发生时，Redis 需要捕获发生的网络事件，并进行相应的处理。那么从 Redis 源码中我们可以分析得到，在这种情况下，aeApiPoll 函数会被调用，用来捕获事件

Redis 是依赖于操作系统底层提供的 IO 多路复用机制，来实现事件捕获，检查是否有新的连接、读写事件发生。

事件注册：aeCreateFileEvent 函数

当 Redis 启动后，服务器程序的 main 函数会调用 initSever 函数来进行初始化，而在初始化的过程中，aeCreateFileEvent 就会被 initServer 函数调用，用于注册要监听的事件，以及相应的事件处理函数,在 initServer 函数的执行过程中，initServer 函数会根据启用的 IP 端口个数，为每个 IP 端口上的网络事件，调用 aeCreateFileEvent，创建对 AE_READABLE 事件的监听，并且注册 AE_READABLE 事件的处理 handler，也就是 acceptTcpHandler 函数

那么，aeCreateFileEvent 如何实现事件和处理函数的注册呢？
Linux 提供了 epoll_ctl API，用于增加新的观察事件。而 Redis 在此基础上，封装了 aeApiAddEvent 函数，对 epoll_ctl 进行调用。所以这样一来，aeCreateFileEvent 就会调用 aeApiAddEvent，然后 aeApiAddEvent 再通过调用 epoll_ctl，来注册希望监听的事件和相应的处理函数。等到 aeProceeEvents 函数捕获到实际事件时，它就会调用注册的函数对事件进行处理了。

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