01-Redis 单线程模型

Redis 服务端是基于 Reactor 模式实现的事件驱动程序，并需要处理两类的事件：

• 文件事件，简单来讲就是 Redis 客户端通过 Socket 发来的命令。

• 时间事件，服务端中需要特定时间点执行的操作，例如serverCron函数。

Redis 的单线程模型实际指的是上述两类事件是在同一个线程内处理的。但是为了能同时处理多个客户端的连接，Redis 中用到了 IO 多路复用技术。《Redis 设计与实现》中对 Redis 中的多路复用介绍如下：

文件事件处理器以单线程方式运行，但通过 IO 多路复用程序来监听多个客户端套接字。既实现了高性能的网络通信模型，又可以很好地与 Redis 服务器中其他同样以单线程方式运行的模块进行对接，这保持了 Redis 内部线程模型的简单性。

Redis 中单线程的事件循环可以用如下伪代码表示：

def eventLoop():    while True:  # 处理文件事件，接受明令以及发送命令回复  processFileEvents()  # 处理时间事件  processTimeEvents()  # 其他操作  ...

01.1-文件事件处理器

• 当 Socket 变得可读时，会产生AE_READABLE事件

• 当 Socket 变得可写时，会产生AE_WRITABLE事件

一次完整的客户端与服务端连接过程中，事件及处理器的过程如下：

1. 服务端监听套接字AE_READABLE事件，且此时该事件对应的处理器为连接应答处理器；

2. 当客户端发起连接后，监听套接字将产生AE_READABLE事件，连接应答处理器负责创建客户端套接字，并将客户端套接字的AE_READABLE事件与命令请求处理器绑定；

3. 当客户端发送命令时，客户端套接字将发生AE_READABLE事件，命令请求处理器负责处理这些命令，并产生回复。

4. 为了将命令回复传送到客户端，服务器会将客户端套接字的AE_WRITABLE事件与命令回复处理器绑定。

5. 当客户端尝试读取命令回复时，会触发AE_WRITABLE事件，命令回复处理器会将回复写入套接字。之后，服务器会解除AE_WRITABLE事件与命令回复处理器的绑定。

01.2-时间事件处理器

Redis 中时间事件分为 2 类：

• 定时事件，例如 30ms 后执行一次

• 周期事件，例如每隔 30ms 执行一次

每隔时间事件，都包含如下三个要素：

1. id，全局唯一 ID，且按照事件先后顺序递增。

2. when，事件到达时间，毫秒精度 UNIX 时间戳。

3. timeProc，事件处理器，用于处理响应的事件。其返回值决定事件是定时的（ae.h/AE_NOMORE），还是周期性的。

[1] Reactor pattern (Node.js Netty 等知名项目的线程模型也都基于 Reactor 模式)

02-键过期

Redis 中设置键过期的方式有如下几种：

• expire key ttl，ttl 秒后过期

• pexpire key ttl，ttl 毫秒后过期

• pexpireat key timestamp，在 timestamp 时刻过期

无论上述哪种方式，最终都通过pexpireat方式实现。过期的实现原理如下：在redisDb中维护了一个 dict（过期字典），记录了哪些键在何时应当过期。

typedef struct redisDb {  ...  // 其键为 String 类型，其值为 long long类型  dict *expires;  ...}

过期判定的原则就是，将过期字典中的键对应的值与当前系统时间相比，若小于系统时间，则认为键过期。

02.1-键过期删除策略

一般来说，键过期删除策略有三种：

• 定时删除，在设置键的过期时间时，启动一个定时器，让定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除。优缺点：对内存最友好，但对 CPU 最不友好。

• 惰性删除，过期时并不删除，但是每次从键空间获取键时，都判断键是否过期。若过期则删除，否则返回该键的值。对内存不友好，但对 CPU 友好。

• 定期删除，每隔一段时间就对数据库进行检查，删除里面的过期键。（前两种方式的混合）。

02.2-Redis 内存淘汰机制

虽然 Redis 通常采用惰性删除和定期删除的混合策略，但仍有可能有大量过期的键驻留在内存中，导致 OOM。Redis 是如何解决这个问题的呢？你可能需要了解如下几种 Redis 的内存淘汰机制：

1. volatile-lru，从server.db[i].expires中挑选最近最少使用的淘汰；

2. volatile-ttl，从server.db[i].expires中挑选将要过期的数据淘汰；

3. volatile-random， 从server.db[i].expires中随机挑选数据淘汰；

4. allkeys-lru，从server.db[i].dict中挑选最近最少使用的淘汰；

5. allkeys-random，从server.db[i].dict中随机挑选数据淘汰；

6. no-eviction，如果内存不足以写入新数据，拒绝淘汰，写入报错；

7. volatile-lfu，从server.db[i].expires中挑选最不经常使用的淘汰；

8. allkeys-lfu，从server.db[i].dict中挑选最不经常使用的淘汰；

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