一、IO模型
Redis服务本身是单线程的，所以它的I/O模型扮演了至关重要的角色。Redis使用了epoll的高效模型，在socket读写中该模型有如下特点：
- 尽可能多地读写socket
- 异步读写多个socket，可以将socket操作的并行性最大化
- 使用适当的缓冲区减少系统调用次数
下面的代码展示了Redis如何使用epoll模型：
/*redis源码中event.c文件中的函数，初始化事件处理器*/
int aeCreateEventLoop(int setsize) {
...
/* 使用epoll模型 */
if (eventLoop->apidata == NULL) {
aeApiState *state = zmalloc(sizeof(aeApiState));
if (!state) return NULL;
state->events = zmalloc(sizeof(struct epoll_event)*setsize);
if (!state->events) {
zfree(state);
return NULL;
}
state->epfd = epoll_create(1024); /* should be enough */
if (state->epfd == -1) {
zfree(state->events);
zfree(state);
return NULL;
}
eventLoop->apidata = state;
}
...
}
二、数据结构
Redis使用的是基于内存的键值存储数据库，其底层的数据结构是哈希表和跳跃表。Redis数据结构的两个主要特点为：
- 快速查找
- 高效修改
Redis源码中的底层实现代码如下：
/*redis源码中dict.c文件中的函数，创建一个哈希表*/
dict *dictCreate(dictType *type, void *privDataPtr) {
...
ht = zcalloc(sizeof(*ht));
_dictReset(&ht->table);
ht->type = type;
ht->privdata = privDataPtr;
return ht;
}
/*redis源码中server.h文件中的结构体，存储跳跃表信息*/
typedef struct zskiplist {
struct zskiplistNode *header, *tail;
unsigned long length;
int level;
} zskiplist;
三、内存管理
Redis需要进行内存管理，有两种常用方式：
- jemalloc：一种高效的内存分配器
- tcmalloc：Google的malloc实现，同样具有高效的内存管理能力
Redis的源文件中使用了jni等其他语言的内存分配器，可以在make file中进行选择。
四、多线程与原子操作
Redis是基于单线程的架构，这样可以避免锁的竞争，但同时需要提高原子操作的能力，以保证线程之间的同步和数据的一致性。Redis提供了如下的基本原子操作：
- 加法、减法、赋值操作
- 读写自旋锁
- 原子读写操作
下面的示例展示了Redis中如何使用自旋锁：
/*redis源码中adlist.c文件中的函数，使用CAS操作完成原子操作*/
int __atomic_cas(long *addr, long oldval, long newval) {
unsigned char res;
__asm__ __volatile__ (
"lock; cmpxchgq %2,%1\n\t"
"sete %0\n\t"
: "=q" (res), "=m" (*addr)
: "r" (newval), "m" (*addr), "a" (oldval)
: "memory");
return (int)res;
}
五、性能优化
Redis在性能方面表现出色，这离不开其代码在多个方面的优化。Redis的性能优化主要包括：
- 使用非阻塞I/O模型
- 使用高效数据结构，例如哈希表和跳跃表
- 尽可能地减少内存碎片
- 使用短小的数据结构来节省内存
下面的代码展示了Redis源码中如何进行内存池分配来避免内存碎片：
/*redis源码中zmalloc.h文件中的代码，定义结构体*/
typedef struct zmalloc_chunk {
unsigned int size; /* 块大小，字节单位 */
unsigned int free; /* 标记块是否被占用 */
struct zmalloc_chunk *prev; /* 上一个块 */
struct zmalloc_chunk *next; /* 下一个块 */
} zmalloc_chunk;
总结
Redis是一种高效的键值存储数据库，其源码中使用了epoll的高效I/O模型、优秀的数据结构、自旋锁等多种技术来保证其性能。通过对Redis源码的分析，我们可以了解Redis的实现方式和技术特点，同时也可以对于如何进行高性能的编程有所启发。
