GitHub 上的 Redis 源码导读 (如果文章包含源码介绍) – wiki基地

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深入宝库：GitHub 上的 Redis 源码导读

Redis，作为一款高性能的内存数据库，因其速度快、功能丰富、易于使用而广受开发者喜爱。然而，Redis 的魅力不仅仅在于它的易用性，更在于其简洁高效、设计精妙的底层实现。对于渴望深入理解计算机系统、高性能编程、并发模型以及经典数据结构实现的开发者来说，阅读 Redis 的源码无疑是一次极具价值的旅程。

GitHub 作为全球最大的开源代码托管平台，是获取 Redis 源码并进行导读的最佳场所。本文将带领你一起探索 Redis 的源码宝库，了解其整体架构、关键模块以及一些核心的实现细节，希望能为你开启一段愉快的源码阅读之旅。

为什么阅读 Redis 源码？

在开始之前，我们先思考一下，为什么要投入时间和精力去阅读 Redis 的源码？

  1. 学习大师级设计与实现： Redis 由 Salvatore Sanfilippo (antirez) 等人开发，其代码风格清晰、设计思想精妙。阅读源码可以学习到如何构建高性能、可扩展的服务端程序，了解事件驱动、非阻塞 I/O、内存管理、高效数据结构等核心技术的实际应用。
  2. 深入理解 Redis 的工作原理： 作为用户，我们知道 SET 存储数据，GET 获取数据，知道 AOF 和 RDB 用于持久化。但这些操作背后发生了什么？数据是如何存储的？网络请求如何处理？故障恢复如何进行？源码提供了最权威、最详细的答案。
  3. 提升问题排查能力： 当在使用 Redis 遇到性能瓶颈、内存溢出、连接异常等问题时，对底层原理的了解能够帮助你更快地定位问题并找到解决方案。
  4. 借鉴与实践： Redis 中的许多优秀组件（如 SDS、Dict、AE 事件循环）都是通用的，你可以将其思想或实现借鉴到自己的项目中。
  5. 参与开源贡献： 通过阅读源码，你可以找到潜在的 bug、性能优化的点，或者理解新功能的实现方式，从而为 Redis 社区做出贡献。

准备工作：踏上旅程

在开始阅读源码之前，你需要做一些准备：

  1. C 语言基础： Redis 绝大部分代码由 C 语言编写。虽然不需要成为 C 语言专家，但你需要熟悉指针、结构体、内存管理、文件 I/O、网络编程等基础知识。
  2. 基本操作系统概念： 理解进程、线程（Redis 主要是单进程）、文件描述符、I/O 多路复用（epoll, kqueue, select）等概念，有助于理解 Redis 的事件循环和网络模型。
  3. 基础数据结构和算法： Redis 实现了多种高效的数据结构（简单动态字符串 SDS、字典 Dict、跳跃表 Skip List、压缩列表 Zip List、列表包装 Listpack），理解它们的基础原理是必要的。
  4. Git 和 GitHub 使用： 熟悉如何克隆仓库、切换分支、查看提交记录等基本操作。

获取源码

首先，你需要将 Redis 的源码克隆到本地。打开你的终端或命令提示符，执行以下命令：

bash
git clone https://github.com/redis/redis.git
cd redis

你现在已经进入了 Redis 的源码目录。你可以通过 git tag 查看所有的发布版本，并通过 git checkout <version> 切换到你感兴趣的特定版本进行阅读（例如 git checkout 7.2.4），这有助于阅读一个相对稳定且有文档对应的版本。当然，也可以直接阅读 unstable 分支的最新代码，但这可能包含正在开发中的特性。

源码目录结构概览

进入 redis 目录后，你会看到许多文件和子目录。理解这些目录的功能是导读的第一步：

  • src/: 核心源代码目录。 Redis 的绝大部分 C 语言代码都在这里。这是我们阅读的重点。
  • deps/: 依赖库目录。 包含 Redis 所依赖的一些第三方库，比如 hiredis（C 客户端库）、jemalloc（内存分配器，Redis 默认使用）等。这些库通常是编译时自动构建的，你通常不需要深入阅读它们，除非你想了解 Redis 如何与这些库交互。
  • tests/: 测试目录。 包含 Redis 的各种测试脚本（Tcl 语言编写）。阅读测试用例是理解功能和边界情况的好方法。
  • utils/: 工具目录。 包含一些有用的工具，比如 redis-benchmark（性能测试工具）、redis-cli（命令行客户端）、redis-check-dump（RDB 文件检查工具）、redis-check-aof（AOF 文件检查工具）等。阅读这些工具的源码也能帮助你理解 Redis 的客户端协议或持久化文件格式。
  • documentation/: 文档目录。 包含 Redis 的各种文档，包括命令参考、配置说明、模块开发指南等。结合文档阅读源码事半功倍。
  • 00-RELEASENOTES, BUGS, CHANGELOG, CONTRIBUTING.md, INSTALL, README.md, server.c, server.h 等文件：根目录下的重要文件，提供了项目概况、安装说明、贡献指南、服务器主文件等信息。README.md 是必读的入门文件。

重点关注：src/ 目录

src/ 目录是 Redis 源码的核心，里面文件众多，但根据功能可以大致分类：

  • 服务器核心文件： server.c, server.h。这是整个 Redis 服务器的“心脏”，包含服务器状态结构体 redisServer、主循环 aeMain 的调用、命令处理入口 processCommand 等最核心的逻辑。
  • 事件处理： ae.c, ae.h。实现 Redis 的事件驱动模型，封装了 epoll/kqueue/select 等 I/O 多路复用机制。
  • 网络通信： networking.c, networking.h。处理客户端连接的建立、数据的读取和写入、请求的解析等。
  • 数据结构实现： sds.c, sds.h (简单动态字符串), dict.c, dict.h (字典/哈希表), adlist.c, adlist.h (双端链表), ziplist.c, ziplist.h (压缩列表), intset.c, intset.h (整数集合), skiparena.c, skiparena.h, t_zset.c (跳跃表), listpack.c, listpack.h (列表包装)。这些文件实现了 Redis 各种底层数据结构。
  • 命令实现： t_string.c, t_list.c, t_set.c, t_zset.c, t_hash.c, t_stream.c, t_geo.c 等。这些文件实现了各种 Redis 命令的具体逻辑（如 SET, GET, LPUSH, SADD, ZADD, HSET 等）。
  • 持久化： rdb.c, rdb.h (RDB 持久化), aof.c, aof.h (AOF 持久化)。
  • 内存管理： zmalloc.c, zmalloc.h。Redis 的内存分配包装层，用于统计内存使用情况。
  • 配置文件解析： config.c, config.h。解析 Redis 配置文件。
  • 复制： replication.c, replication.h。实现主从复制逻辑。
  • 集群： cluster.c, cluster.h。实现 Redis Cluster 分布式逻辑。
  • Lua 脚本： scripting.c, scripting.h。集成 Lua 解释器。
  • 模块系统： module.c, module.h。Redis Module API 的实现。
  • 其他工具函数/模块： util.c, crc64.c, rand.c, quicklist.c (列表底层实现), lazyfree.c (惰性释放), bio.c (后台 I/O) 等。

核心模块导读路径建议

对于初次阅读 Redis 源码的人来说，建议按照以下路径，从易到难，从整体到局部：

  1. 从入口开始：server.c 的 main 函数

    • 找到 main 函数 (src/server.c)。它是整个程序的起点。
    • main 函数会进行初始化（initServerConfig, initServer），然后启动事件循环 (aeMain)。
    • initServerConfig 处理命令行参数和配置文件。
    • initServer 初始化服务器状态 redisServer 结构体、监听套接字、各种数据结构等。

  2. 理解服务器状态：server.h 的 redisServer 结构体

    • src/server.h 中的 redisServer 结构体定义了 Redis 实例的所有全局状态。这是理解 Redis 运行的关键。
    • 花时间仔细查看这个结构体中的字段，理解它们分别代表什么（例如：端口号、IP 地址、配置文件路径、客户端列表、数据库数组、命令表、AOF/RDB 相关状态、内存使用统计等等）。
    • 这个结构体贯穿于 Redis 代码的各个部分，是理解不同模块如何协同工作的基础。

  3. 掌握事件驱动模型：ae.c

    • Redis 采用单线程（主线程）加少量后台线程（用于 AOF 刷盘、惰性释放等）的模型。单线程如何处理大量并发连接？答案是事件驱动 + 非阻塞 I/O + I/O 多路复用。
    • 阅读 src/ae.c 文件。理解 aeEventLoop 结构体。
    • 理解两种基本事件：文件事件 (File Event) 和时间事件 (Time Event)。
    • 文件事件：用于监听套接字上的连接请求、客户端套接字上的数据可读/可写。Redis 使用 select, epoll, kqueue 等系统调用来实现 I/O 多路复用。
    • 时间事件：用于执行定时任务，如周期性地保存数据、关闭空闲连接、进行增量式哈希 Rehash 等。
    • 理解 aeMain 函数：它是事件循环的主体，在一个循环中不断地等待事件发生、处理时间事件、处理文件事件。
    • 关注 aeCreateFileEvent 和 aeCreateTimeEvent 函数如何注册事件。

  4. 深入数据结构：sds.c, dict.c 等

    • Redis 没有直接使用 C 标准库的字符串和哈希表，而是自己实现了一套。理解这些自定义数据结构对于理解 Redis 的性能至关重要。
    • 简单动态字符串 (SDS, sds.c)： 为什么不用 char*？阅读代码理解 SDS 的结构（记录长度、已用空间）和优势（O(1) 获取长度、避免缓冲区溢出、二进制安全）。关注 sdsnew, sdscat, sdslen 等函数。
    • 字典 (Dict, dict.c)： 这是 Redis 实现键值对的核心。理解 dict 结构体，它包含两个哈希表（用于渐进式 Rehash）。理解哈希算法、冲突解决（链地址法）和 Rehash 过程。关注 dictAdd, dictFind, dictDelete 等函数。Redis 的数据库 redisDb 结构体中的 dict *dict 字段就是用来存储键值对的。
    • 其他数据结构：根据兴趣阅读 adlist.c (链表)、ziplist.c (压缩列表)、intset.c (整数集合)、t_zset.c (跳跃表) 的实现。这些数据结构用于存储 List, Hash, Set, Sorted Set 等不同类型的“值”。理解它们各自的特点和适用场景（例如，在数据量小或元素特性符合时使用紧凑的数据结构）。

  5. 探索网络通信与命令处理：networking.c, server.c (部分), t_*.c

    • 连接管理： 在 networking.c 中查找 acceptTcpHandler 函数，它由事件循环调用，用于处理新的客户端连接。理解客户端结构体 client 的定义。
    • 请求读取： 客户端发送的命令是如何被 Redis 接收的？查看 readQueryFromClient 函数，它也是文件事件的回调函数。理解 Redis 客户端协议的解析过程。
    • 命令查找与执行： 在 server.c 中查找 processInputBuffer 和 processCommand 函数。理解 Redis 如何根据客户端发送的命令字符串查找对应的命令实现（通过命令表 redisCommandTable），然后调用相应的处理函数。
    • 具体命令实现： 进入 t_string.c, t_list.c 等文件，查看具体命令（如 setCommand, lpushCommand, hgetallCommand）的实现。这部分代码通常会调用上面提到的各种数据结构的操作函数。
    • 回复发送： 命令执行结果如何返回给客户端？查看 addReply* 系列函数和 writeToClient 函数。理解回复缓冲区的工作机制。

  6. 了解内存管理：zmalloc.c

    • Redis 使用 zmalloc 系列函数而不是标准的 malloc/free。阅读 zmalloc.c，理解其主要目的是为了统计 Redis 进程的内存使用总量 (used_memory)。
    • 了解 Redis 可以配置使用不同的内存分配器（jemalloc, tcmalloc, libc malloc），以及 zmalloc 如何兼容这些分配器。

  7. 窥探持久化机制：rdb.c, aof.c

    • 虽然这两部分比较复杂，但可以先了解其大致流程。
    • RDB (Snapshotting)： 查看 saveCommand 和 bgrewriteaofCommand 中调用 bgsave 或 bgrewriteaof 的部分，它们会 fork 子进程来执行写盘操作，避免阻塞主进程。阅读 rdb.c 文件，了解 RDB 文件的格式以及如何将内存数据序列化到文件中。
    • AOF (Append Only File)： 查看配置加载时如何加载 AOF 文件进行恢复。理解命令写入 AOF 文件 (feedAppendOnlyFile) 以及 AOF 重写 (bgrewriteaof) 的过程。

  8. 其他高级特性：复制、集群、模块、Lua 等

    • 当你对基础模块有了深入理解后，可以根据兴趣进一步探索复制 (replication.c)、集群 (cluster.c)、Lua 脚本 (scripting.c)、模块系统 (module.c) 等复杂模块的实现。这些模块通常依赖于核心的数据结构和事件模型。

源码导读的实用技巧

阅读大型项目的源码是一项挑战，以下是一些实用技巧：

  1. 从整体到局部，循序渐进： 不要试图一次性读懂所有代码。先从 main 函数、redisServer 结构体、事件循环这些核心部分入手，建立对整体架构的认知，然后再深入到具体模块。
  2. 结合文档和注释： Redis 的代码注释比较规范，提供了很多有用的信息。同时，官方文档（ especially documentation/design_docs）和设计文档是理解某些复杂特性（如 AOF 重写、集群槽位分配）原理的极佳辅助。
  3. 使用强大的代码阅读工具：
    • IDE (Integrated Development Environment): 使用 VS Code, CLion, Vim/Emacs with plugins 等，它们提供了代码高亮、跳转到定义、查找所有引用、函数调用栈查看等功能，极大地提高了阅读效率。配置 C/C++ 智能提示插件。
    • ctags 或 cscope： 在终端中使用这些工具可以快速生成符号索引，方便在不同文件之间跳转。
    • grep 命令： 在源码目录中使用 grep -rn "函数名/结构体名/变量名" 是查找代码的利器。-r 递归搜索，-n 显示行号，-i 忽略大小写。
  4. 画图： 绘制函数调用图、模块之间的关系图、数据结构图等，帮助你梳理复杂的逻辑和结构。
  5. 调试： 使用 GDB 或 LLDB 调试 Redis 进程。在关键函数处设置断点，单步执行，查看变量的值和执行流程，这是理解代码行为最直接有效的方式。你可以在启动 Redis 时加上 --loglevel debug 参数，查看更详细的日志输出。
  6. 修改和实验： 尝试修改一小部分代码（例如，添加一个简单的命令，或者修改某个命令的行为），然后编译运行。通过实际动手，加深对代码的理解。
  7. 关注提交历史和 Pull Request： 在 GitHub 上查看项目的提交历史和已经合并的 Pull Request，可以了解某个功能是如何逐步实现的，或者某个 bug 是如何被修复的。
  8. 参与社区讨论： 如果遇到难以理解的部分，可以在 Redis 的邮件列表或社区论坛上提问。

结语

阅读 Redis 源码是一项有挑战但回报丰厚的任务。它不仅仅是阅读代码，更是一个学习计算机科学经典原理、高性能系统设计思想以及工业级软件开发实践的过程。

从 main 函数到事件循环，从 SDS 到 Dictionary，从网络处理到命令执行，Redis 的每一个模块都凝聚了精巧的设计和高效的实现。通过逐步深入，你将不仅仅学会 Redis 如何工作，更能将这些宝贵的知识应用到你自己的编程实践中。

现在，你已经拥有了导读 Redis 源码的地图和工具。勇敢地开始你的探索之旅吧！随着你对代码的熟悉程度不断提高，你会发现越来越多的乐趣和收获。祝你在 Redis 的源码宝库中发现属于自己的宝藏！

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