好的，各位观众老爷们，欢迎来到今天的“Redis大保健”课堂！我是你们的老朋友，人称“Bug终结者”的程序猿老王。今天咱们不聊代码，咱聊聊Redis的心脏——事件驱动模型，以及它赖以生存的I/O复用技术，特别是epoll和kqueue这两位大神。
开场白：Redis的“心跳”
想象一下，Redis就像一家生意兴隆的小卖部。它需要同时服务成千上万的顾客（客户端），每个顾客都可能随时提出各种各样的需求（请求）。如果Redis采用传统的方式，比如每个顾客来都安排一个专门的服务员（线程/进程），那很快就会累死！要知道，创建和销毁线程/进程可是非常耗费资源的，而且线程间的切换也会带来额外的开销。
所以，聪明的Redis选择了一种更高效的方式：它只有一个“总服务员”（主线程），但这个“总服务员”身怀绝技，能同时监听所有顾客的动静，一旦哪个顾客有需求，它就立刻过去处理，处理完再回来继续监听。这种“一心多用”的秘诀，就是事件驱动模型。
而支撑这个事件驱动模型的关键，就是I/O复用技术。它就像一个“超级监听器”，能高效地监控多个文件描述符（File Descriptor，简称FD），一旦某个FD上有事件发生（比如客户端发来了数据），它就能立刻通知Redis。
第一章：事件驱动模型——Redis的“大脑”
事件驱动模型，顾名思义，就是程序运行的逻辑由事件驱动。在Redis中，主要有两种类型的事件：
- 文件事件（File Event）： 指的是客户端通过网络连接发送过来的请求，或者Redis需要向客户端发送响应数据。
- 时间事件（Time Event）： 指的是Redis内部定时执行的任务，比如清理过期键、更新数据库等等。
Redis的事件循环（Event Loop）就像一个永不停歇的“大脑”，它不断地监听和处理各种事件。这个“大脑”主要包含以下几个部分：
- 事件队列（Event Queue）： 用于存放待处理的事件。
- 事件处理器（Event Handler）： 用于处理不同类型的事件，比如读事件处理器、写事件处理器、时间事件处理器等等。
- I/O多路复用模块： 用于监听文件描述符上的事件，并将其添加到事件队列中。
用一张表格来总结一下：
| 组件 | 功能 |
|---|---|
| 事件队列 | 存放待处理的事件，相当于“待办事项清单”。 |
| 事件处理器 | 处理不同类型的事件，相当于“专业服务员”，针对不同类型的顾客需求提供不同的服务。 |
| I/O多路复用模块 | 监听文件描述符上的事件，相当于“超级监听器”，能同时监控多个顾客的动静。 |
| 事件循环 | 不断地从事件队列中取出事件，调用相应的事件处理器进行处理，然后继续监听新的事件，相当于“大脑”，永不停歇地工作。 |
第二章：I/O复用技术——Redis的“千里眼”和“顺风耳”
I/O复用技术是实现高性能网络服务器的关键。它允许一个进程（或线程）同时监听多个文件描述符，从而避免了阻塞等待某个文件描述符上的事件。
Redis支持多种I/O复用技术，包括select、poll、epoll（Linux）、kqueue（BSD）等等。不同的I/O复用技术在性能和特性上有所差异，Redis会根据不同的操作系统选择最合适的I/O复用技术。
接下来，我们重点聊聊epoll和kqueue这两位大神。
2.1 epoll——Linux下的王者
epoll是Linux下效率最高的I/O复用技术之一。它通过以下几个关键特性实现了高性能：
- 基于事件通知：
epoll只在文件描述符上有事件发生时才通知应用程序，避免了轮询的开销。 - 支持水平触发（Level Triggered，LT）和边缘触发（Edge Triggered，ET）： 水平触发模式下，只要文件描述符上的事件一直存在，
epoll就会一直通知应用程序；边缘触发模式下，只有当文件描述符上的事件发生变化时，epoll才会通知应用程序。边缘触发模式效率更高，但编程也更复杂。 - 使用红黑树和就绪链表：
epoll使用红黑树来管理监听的文件描述符，使用就绪链表来存放就绪的文件描述符，从而实现了高效的插入、删除和查找操作。
epoll的使用主要涉及以下几个系统调用：
epoll_create()：创建一个epoll实例。epoll_ctl()：用于添加、修改或删除需要监听的文件描述符。epoll_wait()：等待文件描述符上的事件发生。
用人话说： epoll就像一个高级的“监控摄像头”，它只在发现异常情况时才报警，而且还能精确地告诉你异常情况发生的地点和类型。
2.2 kqueue——BSD家族的骄傲
kqueue是BSD系统（包括macOS）下类似于epoll的I/O复用技术。它也具有高性能和高效率的特点。
kqueue与epoll的主要区别在于：
- 事件过滤：
kqueue支持更丰富的事件过滤选项，可以监听更多的事件类型，比如文件状态变化、进程退出等等。 - 事件通知：
kqueue使用事件队列来通知应用程序，可以一次性获取多个事件。 - 文件描述符管理：
kqueue使用文件描述符来标识需要监听的事件，而不是像epoll那样使用红黑树。
kqueue的使用主要涉及以下几个系统调用：
kqueue()：创建一个kqueue实例。kevent()：用于注册、修改或删除需要监听的事件。kevent()（再次调用）：等待事件发生。
用人话说： kqueue就像一个功能更强大的“监控中心”，不仅能监控各种异常情况，还能监控文件状态、进程状态等等，而且还能一次性告诉你所有发生的事件。
表格对比：epoll vs kqueue
| 特性 | epoll |
kqueue |
|---|---|---|
| 操作系统 | Linux | BSD (macOS) |
| 事件模型 | 基于事件通知 | 基于事件队列 |
| 事件过滤 | 相对简单 | 更丰富 |
| 触发模式 | 水平触发（LT）、边缘触发（ET） | 水平触发（LT）、边缘触发（ET） |
| 文件描述符管理 | 红黑树 + 就绪链表 | 文件描述符 |
| 系统调用 | epoll_create(), epoll_ctl(), epoll_wait() |
kqueue(), kevent() (注册/等待事件) |
第三章：Redis如何选择I/O复用技术？
Redis会根据不同的操作系统选择最合适的I/O复用技术。一般来说：
- 在Linux系统上，Redis会优先选择
epoll。 - 在BSD系统（包括macOS）上，Redis会优先选择
kqueue。 - 在其他系统上，Redis可能会选择
select或poll等其他I/O复用技术。
Redis在启动时，会检测当前操作系统支持哪些I/O复用技术，然后选择性能最好的一个。这个选择过程可以通过查看Redis的日志来确认。
第四章：Redis事件循环的“舞步”
了解了事件驱动模型和I/O复用技术之后，我们再来看看Redis事件循环是如何工作的。
- 初始化： Redis启动时，会创建一个事件循环，并初始化I/O多路复用模块。
- 添加事件： 当客户端连接到Redis服务器时，Redis会将该客户端的文件描述符添加到I/O多路复用模块中，并监听该文件描述符上的读事件。
- 事件循环： Redis进入事件循环，不断地执行以下步骤：
- 调用I/O多路复用模块，等待文件描述符上的事件发生。
- 如果没有任何事件发生，Redis会阻塞等待一段时间（由
timeout参数控制）。 - 如果有事件发生，I/O多路复用模块会返回就绪的文件描述符列表。
- Redis遍历就绪的文件描述符列表，并根据事件类型调用相应的事件处理器。
- 如果事件是读事件，Redis会读取客户端发送的数据，并解析成命令。
- 如果事件是写事件，Redis会向客户端发送响应数据。
- 如果事件是时间事件，Redis会执行定时任务。
- 关闭连接： 当客户端关闭连接时，Redis会将该客户端的文件描述符从I/O多路复用模块中移除，并释放相关资源。
第五章：总结与展望
今天我们一起深入了解了Redis的事件驱动模型和I/O复用技术。 简单来说，Redis通过事件驱动模型实现了高效的并发处理，而I/O复用技术则为事件驱动模型提供了强大的支撑。epoll和kqueue是两种非常优秀的I/O复用技术，它们在不同的操作系统上都发挥着重要的作用。
掌握这些知识，能帮助我们更好地理解Redis的工作原理，从而更好地使用和优化Redis。
最后，用一句“骚话”来结束今天的课程：
“Redis的性能就像火箭，事件驱动模型是发动机，I/O复用技术是燃料，只有发动机和燃料都给力，火箭才能飞得更高、更远！”
希望今天的课程对大家有所帮助！咱们下期再见！ Bye~ 🚀