如何阅读 Redis 源码?

在这篇文章中, 我将向大家介绍一种我认为比较合理的 Redis 源码阅读顺序, 希望可以给对 Redis 有兴趣并打算阅读 Redis 源码的朋友带来一点帮助。

第 1 步:阅读数据结构实现

刚开始阅读 Redis 源码的时候, 最好从数据结构的相关文件开始读起, 因为这些文件和 Redis 中的其他部分耦合最少, 并且这些文件所实现的数据结构在大部分算法书上都可以了解到, 所以从这些文件开始读是最轻松的、难度也是最低的。

下表列出了 Redis 源码中, 各个数据结构的实现文件:

文件 内容
sds.hsds.c Redis 的动态字符串实现。
adlist.hadlist.c Redis 的双端链表实现。
dict.hdict.c Redis 的字典实现。
redis.h 中的 zskiplist 结构和 zskiplistNode 结构, 以及 t_zset.c 中所有以 zsl 开头的函数, 比如 zslCreatezslInsertzslDeleteNode ,等等。 Redis 的跳跃表实现。
hyperloglog.c 中的 hllhdr 结构, 以及所有以 hll 开头的函数。 Redis 的 HyperLogLog 实现。

第 2 步:阅读内存编码数据结构实现

在阅读完和数据结构有关的文件之后, 接下来就应该阅读内存编码(encoding)数据结构了。

和普通的数据结构一样, 内存编码数据结构基本上是独立的, 不和其他模块耦合, 但是区别在于:

  • 上一步要读的数据结构, 比如双端链表、字典、HyperLogLog, 在算法书上或者相关的论文上都可以找到资料介绍。
  • 而内存编码数据结构却不容易找到相关的资料, 因为这些数据结构都是 Redis 为了节约内存而专门开发出来的, 换句话说, 这些数据结构都是特制(adhoc)的, 除了 Redis 源码中的文档之外, 基本上找不到其他资料来了解这些特制的数据结构。

不过话又说回来, 虽然内存编码数据结构是 Redis 特制的, 但它们基本都和内存分配、指针操作、位操作这些底层的东西有关, 读者只要认真阅读源码中的文档, 并在有需要时, 画图来分析这些数据结构, 那么要完全理解这些内存编码数据结构的运作原理并不难, 当然这需要花一些功夫。

下表展示了 Redis 源码中, 各个内存编码数据结构的实现文件:

文件 内容
intset.hintset.c 整数集合(intset)数据结构。
ziplist.hziplist.c 压缩列表(zip list)数据结构。

第 3 步:阅读数据类型实现

在完成以上两个阅读步骤之后, 我们就读完了 Redis 六种不同类型的键(字符串、散列、列表、集合、有序集合、HyperLogLog)的所有底层实现结构了。

接下来, 为了知道 Redis 是如何通过以上提到的数据结构来实现不同类型的键, 我们需要阅读实现各个数据类型的文件, 以及 Redis 的对象系统文件, 这些文件包括:

文件 内容
object.c Redis 的对象(类型)系统实现。
t_string.c 字符串键的实现。
t_list.c 列表键的实现。
t_hash.c 散列键的实现。
t_set.c 集合键的实现。
t_zset.c 中除 zsl 开头的函数之外的所有函数。 有序集合键的实现。
hyperloglog.c 中所有以 pf 开头的函数。 HyperLogLog 键的实现。

第 4 步:阅读数据库实现相关代码

在读完了 Redis 使用所有底层数据结构, 以及 Redis 是如何使用这些数据结构来实现不同类型的键之后, 我们就可以开始阅读 Redis 里面和数据库有关的代码了, 它们分别是:

文件 内容
redis.h 文件中的 redisDb 结构, 以及 db.c 文件。 Redis 的数据库实现。
notify.c Redis 的数据库通知功能实现代码。
rdb.hrdb.c Redis 的 RDB 持久化实现代码。
aof.c Redis 的 AOF 持久化实现代码。

选读

Redis 有一些独立的功能模块, 这些模块可以在完成第 4 步之后阅读, 它们包括:

文件 内容
redis.h 文件的 pubsubPattern 结构,以及 pubsub.c 文件。 发布与订阅功能的实现。
redis.h 文件的 multiState 结构以及 multiCmd 结构, multi.c 文件。 事务功能的实现。
sort.c SORT 命令的实现。
bitops.c GETBITSETBIT 等二进制位操作命令的实现。

第 5 步:阅读客户端和服务器的相关代码

在阅读完数据库实现代码, 以及 RDB 和 AOF 两种持久化的代码之后, 我们可以开始阅读客户端和 Redis 服务器本身的实现代码, 和这些代码有关的文件是:

文件 内容
ae.c ,以及任意一个 ae_*.c 文件(取决于你所使用的多路复用库)。 Redis 的事件处理器实现(基于 Reactor 模式)。
networking.c Redis 的网络连接库,负责发送命令回复和接受命令请求, 同时也负责创建/销毁客户端, 以及通信协议分析等工作。
redis.hredis.c 中和单机 Redis 服务器有关的部分。 单机 Redis 服务器的实现。

如果读者能完成以上 5 个阅读步骤的话, 那么恭喜你, 你已经了解了单机的 Redis 服务器是怎样处理命令请求和返回命令回复, 以及是 Redis 怎样操作数据库的了, 这是 Redis 最重要的部分, 也是之后继续阅读多机功能的基础。

选读

Redis 有一些独立的功能模块, 这些模块可以在完成第 5 步之后阅读, 它们包括:

文件 内容
scripting.c Lua 脚本功能的实现。
slowlog.c 慢查询功能的实现。
monitor.c 监视器功能的实现。

第 6 步:阅读多机功能的实现

在弄懂了 Redis 的单机服务器是怎样运作的之后, 就可以开始阅读 Redis 多机功能的实现代码了, 和这些功能有关的文件为:

文件 内容
replication.c 复制功能的实现代码。
sentinel.c Redis Sentinel 的实现代码。
cluster.c Redis 集群的实现代码。

注意, 因为 Redis Sentinel 用到了复制功能的代码, 而集群又用到了复制和 Redis Sentinel 的代码, 所以在阅读这三个模块的时候, 记得先阅读复制模块, 然后阅读 Sentinel 模块, 最后才阅读集群模块, 这样理解起来就会更得心应手。

如果你连这三个模块都读完了的话, 那么恭喜你, 你已经读完了 Redis 单机功能和多机功能的所有代码了!

下图总结了本文介绍的阅读顺序:

digraph {

    node [shape = plaintext]

    datastruct [label = "数据结构\n(sds、adlist、dict、t_zset、hyperloglog)"]

    encoding_datastruct [label = "内存编码数据结构\n(intset、ziplist)"]

    object [label = "数据类型\n(object、t_string、t_list、t_hash、t_set、t_zset、hyperloglog)"]

    db [label = "数据库相关\n(db、notify、rdb、aof)"]

    client_and_server [label = "客户端与服务器相关\n(ae、networking、redis)"]

    multi_server [label = "多机功能\n(replication、sentinel、cluster)"]

    //

    datastruct -> encoding_datastruct -> object -> db -> client_and_server -> multi_server

}

结语

Redis 的设计非常简洁、优美、精巧和高效, 任何人只要愿意去阅读它的代码的话, 应该都会有所收获的。

希望这篇文章能够给想要阅读 Redis 代码的朋友们带来一些帮助, 也欢迎各位随时和我讨论 Redis 源码方面的问题, 或者跟我分享各位阅读 Redis 源码的心得和经验。

另外我的 Redis 源码注释 项目以及 《Redis 设计与实现》 一书对于理解 Redis 的源代码应该也会有所帮助, 有兴趣的朋友可以自行了解该项目/书本。

黄健宏(huangz)
2014.7.28

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