大数据-48 Redis 通信协议原理RESP 事件处理机制原理文件事件时间事件 Reactor多路复用

news2024/9/22 5:23:50

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章节内容

上节我们完成了：

Redis的缓存机制
Redis的淘汰策略
LRU LFU 等机制

在这里插入图片描述

通信协议

Redis是单进程+单线程的。
应用系统和Redis之间是通过Redis协议（RESP）来进行交互的。

响应模式

概念介绍

Redis 协议位于 TCP 层上，即客户端和Redis实例保持双工的连接。
在这里插入图片描述

串行模式

串行化是最简单的模式，客户端与服务端建立长连接。
连接通过心跳机制来检测（ping-pong）ACK应答。
客户端发送请求，服务端响应，客户端收到响应后，再发起第二个请求，服务端再响应。
telnet 和 redis-cli 都属于这种模式，耗时在网络传输且性能较低

在这里插入图片描述

双工模式

批量请求，批量响应，请求和响应交叉进行，不会混淆（TCP双工）

pipline 的作用是将一批命令进行打包，然后发送给服务器，服务器执行完后按顺序打包返回。
通过pipline，一次pipline中包含多条命令+一次网络时间

我们使用Jedis库可以很轻松的使用 pipline

Jedis redis = new Jedis("h121.wzk.icu", 6379);
redis.auth("111111");
Pipeline pipe = jedis.pipelined();
for (int i = 0; i <50000; i++) {
    pipe.set("key_"+String.valueOf(i),String.valueOf(i));
}
// 将封装后一次性发给redis
pipe.sync();

数据格式

Redis 客户端与服务器交互采用序列化协议（RESP）。
请求以字符串的形式来表示要执行的命令的参数
Redis使用特有的数据类型作为回复。

客户端与服务端通过TCP连接来进行数据交互，服务端口号为：6379
客户端与服务端发送的命令和数据一律以 \r\n（CRLF）结尾
所有参数都是二进制安全（binary safe）

内联格式

可以使用 telnet 工具进行测试，发送一些内容过去

telnet h121.wzk.icu 6379

xxx
xxx
xxx

处理流程

服务器启动监听
接受命令请求并解析
执行命令请求
返回命令回复

具体的过程图可以看下边的流程图片：
在这里插入图片描述

处理机制

Redis 服务器是典型的事件驱动系统，Redis将事件分为两大类：

文件事件
时间事件

文件事件

文件事件即Socket读写事件，也就是IO事件，比如客户端连接、命令请求、数据回复、连接断开等等。

Reactor

Redis 事件处理机制采用单线程的Reactor模式，属于 I/O 多路复用的一种常见模式。
IO 多路复用指单个线程管理多个Socket，Reactor Pattern（反应器设计模式）是一种为处理并发服务请求，并将请求提交到一个或者多个服务器处理的事件设计模式。

Reactor 模式是事件驱动的
有一个或者多个并发输入源
有一个ServiceHandler
有多个RequestHandlers
ServiceHandler会同步的将输入的Event多路复用的分发给相应的RequestHandler

下面这些图片可以让你更好地理解 Reactor 模式：
在这里插入图片描述

多路复用

IO多路复用机制就是通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符（Socket），一旦某个描述符就绪，能够通知程序进行相应的复写操作。
IO多路复用机制有这么几种：

select
poll
epoll
kqueue

Select

select函数监视的文件描述符分3类：

writefds
readfds
exceptfds

调用后select函数会阻塞，直到有描述符就绪或者超时，函数返回。
当select函数返回后，可以通过 fd 列表遍历，来找到就绪的描述符。

Select优点

几乎在所有平台上都有支持，跨平台支持。

Select缺点

单个进程打开文件描述有一定的限制，有 FD_SETSIZE 设置，默认是 1024 ，采用数组存储，另外在检查数组中是否有文件描述符需要读写时，采用的是线性的扫描（不管是否活跃都扫描轮询），效率较低。

Poll

poll使用一个 pollfd 的指针实现，pollfd结构包含了要监视的 Event 和发生的 Event，不再使用 select 的参数值传递的方式。

Poll 优点

采用链表的形式存储，它监听的描述符数量没有限制，可以超过select默认限制的1024大小

Poll缺点

另外在检查链表中是否有文件描述符需要读写时，采用线性扫描的方法，即不管Socket是不是活跃的，都轮询一次，效率较低。

epoll

epoll 子啊 Linux2.6 内核中提出的，是之前 select 和 poll 的加强版本。
相对于 select 和 poll 来说，epoll 更加灵活，没有描述符限制。

epoll 使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy就只需要一次。

epoll优点

epoll 没有最大并发连接限制，上限是最大能打开文件的数目，比如1GB内存大约能打开10万文件左右。
epoll 最大的优点就在于只处理活跃的连接，而不需要轮询遍历，所以效率很高。

kqueue

kqueue 是 unix 下的一个 IO 多路复用库。最初是 2000年在FreeBSD系统上开发的一个高性能的事件的事件通知接口。
注册一批Socket描述符kqueue后，当其中描述符状态发生改变时，kqueue将一次性通知应用程序哪些描述符可读可写或出错。

kqueue优点

能处理大量数据，性能较高。

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