redis学习笔记——客户端

时间：2022-12-01 08:35:10

Redis服务器是典型的一对多服务器程序：一个服务器可以与多个客户端建立网络连接，每个客户端可以向服务器发送命令请求，而服务器则接收并处理客户端发送的命令请求，并向客户端返回命令回复。

对于每个与服务器进行连接的客户端，服务器都为这些客户端建立了相应的redis.h/redisClient结构（客户端状态），这个结构保存了客户端当前的状态信息，以及执行相关功能时需要用到的数据结构，其中包括：

  • 客户端的套接字描述符;
  • 客户端的名字;
  • 客户端的标志值（flag）;
  • 指向客户端正在使用的数据库的指针，以及该数据库的号码;
  • 客户端当前要执行的命令、命令的参数、命令参数的个数，以及指向命令实现函数的指针;
  • 客户端的输入缓冲区和输出缓冲区;
  • ·客户端的复制状态信息，以及进行复制所需的数据结构;
  • 客户端执行BRPOP、BLPOP等列表阻塞命令时使用的数据结构;
  • 客户端的事务状态，以及执行WATCH命令时用到的数据结构;
  • 客户端执行发布与订阅功能时用到的数据结构;
  • 客户端的身份验证标志;
  • 客户端的创建时间，客户端和服务器最后一次通信的时间，以及客户端的输出缓冲区大小超出软性限制（soft limit）的时间。

Redis服务器状态结构的clients属性是一个链表，这个链表保存了所有与服务器连接的客户端的状态结构，对客户端执行批量操作，或者查找某个指定的客户端，都可以通过遍历clients链表来完成：

struct redisServer {
    // ...
    // 
一个链表，保存了所有客户端状态
    list *clients;
    // ...
};

 

redis学习笔记——客户端

客户端属性

套接字描述符

客户端状态的fd属性记录了客户端正在使用的套接字描述符：

typedef struct redisClient {
    // ...
    int fd;
    // ...
} redisClient;

 

根据客户端类型的不同，fd属性的值可以是-1或者是大于-1的整数：

  • 伪客户端（fake client）的fd属性的值为-1：伪客户端处理的命令请求来源于AOF文件或者Lua脚本，而不是网络，所以这种客户端不需要套接字连接，自然也不需要记录套接字描述符;
  • 普通客户端的fd属性的值为大于-1的整数：普通客户端使用套接字来与服务器进行通信，所以服务器会用fd属性来记录客户端套接字的描述符。

执行CLIENT list命令可以列出目前所有连接到服务器的普通客户端，命令输出中的fd域显示了服务器连接客户端所使用的套接字描述符：

redis> CLIENT list
addr=127.0.0.1:53428 fd=6 name= age=1242 idle=0 ...
addr=127.0.0.1:53469 fd=7 name= age=4 idle=4 ...

名字

在默认情况下，一个连接到服务器的客户端是没有名字的。如上面；

使用CLIENT setname命令可以为客户端设置一个名字，让客户端的身份变得更清晰。

客户端的名字记录在客户端状态的name属性里面：

typedef struct redisClient {
    // ...
    robj *name;
    // ...
} redisClient;

标志

客户端的标志属性flags记录了客户端的角色（role），以及客户端目前所处的状态：

typedef struct redisClient {
    // ...
    int flags;
    // ...
} redisClient;

flags属性的值可以是多个标志或：

flags = <flag1> | <flag2> | ...

每个标志使用一个常量表示，一部分标志记录了客户端的角色：

  • 在主从服务器进行复制操作时，主服务器会成为从服务器的客户端，而从服务器也会成为主服务器的客户端。REDIS_MASTER标志表示客户端代表的是一个主服务器，REDIS_SLAVE标志表示客户端代表的是一个从服务器；
  • REDIS_LUA_CLIENT标识表示客户端是专门用于处理Lua脚本里面包含的Redis命令的伪客户端；

另外一部分标志则记录了客户端目前所处的状态：

  • REDIS_MONITOR标志表示客户端正在执行MONITOR命令；
  • REDIS_UNIX_SOCKET标志表示服务器使用UNIX套接字来连接客户端;
  • REDIS_BLOCKED标志表示客户端正在被BRPOP、BLPOP等命令阻塞;
  • REDIS_UNBLOCKED标志表示客户端已经从REDIS_BLOCKED标志所表示的阻塞状态中脱离出来，不再阻塞。REDIS_UNBLOCKED标志只能在REDIS_BLOCKED标志已经打开的情况下使用;
  • REDIS_MULTI标志表示客户端正在执行事务;
  • REDIS_DIRTY_CAS标志表示事务使用WATCH命令监视的数据库键已经被修改，REDIS_DIRTY_EXEC标志表示事务在命令入队时出现了错误，以上两个标志都表示事务的安全性已经被破坏，只要这两个标记中的任意一个被打开，EXEC命令必然会执行失败。这两个标志只能在客户端打开了REDIS_MULTI标志的情况下使用；
  • REDIS_CLOSE_ASAP标志表示客户端的输出缓冲区大小超出了服务器允许的范围，服务器会在下一次执行serverCron函数时关闭这个客户端，以免服务器的稳定性受到这个客户端影响。积存在输出缓冲区中的所有内容会直接被释放，不会返回给客户端；
  • REDIS_CLOSE_AFTER_REPLY标志表示有用户对这个客户端执行了CLIENT KILL命令，或者客户端发送给服务器的命令请求中包含了错误的协议内容。服务器会将客户端积存在输出缓冲区中的所有内容发送给客户端，然后关闭客户端；
  • REDIS_ASKING标志表示客户端向集群节点（运行在集群模式下的服务器）发送了ASKING命令；
  • REDIS_FORCE_AOF标志强制服务器将当前执行的命令写入到AOF文件里面，REDIS_FORCE_REPL标志强制主服务器将当前执行的命令复制给所有从服务器。执行PUBSUB命令会使客户端打开REDIS_FORCE_AOF标志，执行SCRIPT LOAD命令会使客户端打开REDIS_FORCE_AOF标志和REDIS_FORCE_REPL标志；
  • 在主从服务器进行命令传播期间，从服务器需要向主服务器发送REPLICATION ACK命令，在发送这个命令之前，从服务器必须打开主服务器对应的客户端的REDIS_MASTER_FORCE_REPLY标志，否则发送操作会被拒绝执行。

PUBSUB命令和SCRIPT LOAD命令的特殊性

通常情况下，Redis只会将那些对数据库进行了修改的命令写入到AOF文件，并复制到各个从服务器。如果一个命令没有对数据库进行任何修改，那么它就会被认为是只读命令，这个命令不会被写入到AOF文件，也不会被复制到从服务器。
以上规则适用于绝大部分Redis命令，但PUBSUB命令和SCRIPT LOAD命令是其中的例外。PUBSUB命令虽然没有修改数据库，但PUBSUB命令向频道的所有订阅者发送消息这一行为带有副作用，接收到消息的所有客户端的状态都会因为这个命令而改变。因此，服务器需要使用REDIS_FORCE_AOF标志，强制将这个命令写入AOF文件，这样在将来载入AOF文件时，服务器就可以再次执行相同的PUBSUB命令，并产生相同的副作用。SCRIPT LOAD命令的情况与PUBSUB命令类似：虽然SCRIPT LOAD命令没有修改数据库，但它修改了服务器状态，所以它是一个带有副作用的命令，服务器需要使用REDIS_FORCE_AOF标志，强制将这个命令写入AOF文件，使得将来在载入AOF文件时，服务器可以产生相同的副作用。

另外，为了让主服务器和从服务器都可以正确地载入SCRIPT LOAD命令指定的脚本，服务器需要使用REDIS_FORCE_REPL标志，强制将SCRIPT LOAD命令复制给所有从服务器。

一些flags属性的例子：

# 
客户端是一个主服务器
REDIS_MASTER
# 
客户端正在被列表命令阻塞
REDIS_BLOCKED
# 
客户端正在执行事务，但事务的安全性已被破坏
REDIS_MULTI | REDIS_DIRTY_CAS
# 
客户端是一个从服务器，并且版本低于Redis 2.8 
REDIS_SLAVE | REDIS_PRE_PSYNC
# 
这是专门用于执行Lua
脚本包含的Redis
命令的伪客户端
# 
它强制服务器将当前执行的命令写入AOF
文件，并复制给从服务器
REDIS_LUA_CLIENT | REDIS_FORCE_AOF| REDIS_FORCE_REPL

 

输入缓冲区

typedef struct redisClient {
    // ...
    sds querybuf;
    // ...
} redisClient;

举个例子，如果客户端向服务器发送了以下命令请求：SET key value

那么客户端状态的querybuf属性将是一个包含以下内容的SDS值：*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n

输入缓冲区的大小会根据输入内容动态地缩小或者扩大，但它的最大大小不能超过1GB，否则服务器将关闭这个客户端。

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命令与命令参数

typedef struct redisClient {
    // ...
    robj **argv;
    int argc;
    // ...
} redisClient;

命令的实现函数

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输出缓冲区

每个客户端都有两个输出缓冲区可用，一个缓冲区的大小是固定的，另一个缓冲区的大小是可变的：

  • 固定大小的缓冲区用于保存那些长度比较小的回复，比如OK；
  • 可变大小的缓冲区用于保存那些长度比较大的回复。

客户端的固定大小缓冲区由buf和bufpos两个属性组成：

typedef struct redisClient {
    // ...
    char buf[REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES];
    int bufpos;
    // ...
} redisClient;

buf是一个大小为REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES字节的字节数组，而bufpos属性则记录了buf数组目前已使用的字节数量。

REDIS_REPLY_CHUNK_BYTES常量目前的默认值为16*1024，也即是说，buf数组的默认大小为16KB。

当buf数组的空间已经用完，或者回复因为太大而没办法放进buf数组里面时，服务器就会开始使用可变大小缓冲区。
可变大小缓冲区由reply链表和一个或多个字符串对象组成：

typedef struct redisClient {
    // ...
    list *reply;
    // ...
} redisClient;

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身份验证

客户端状态的authenticated属性用于记录客户端是否通过了身份验证：

typedef struct redisClient {
    // ...
    int authenticated;
    // ...
} redisClient;

如果authenticated的值为0，那么表示客户端未通过身份验证；如果authenticated的值为1，那么表示客户端已经通过了身份验证。

时间

typedef struct redisClient {
    // ...
    time_t ctime;
    time_t lastinteraction;
    time_t obuf_soft_limit_reached_time;
    // ...
} redisClient;

ctime属性记录了创建客户端的时间，这个时间可以用来计算客户端与服务器已经连接了多少秒，CLIENT list命令的age域记录了这个秒数：

redis> CLIENT list
addr=127.0.0.1:53428 ... age=1242 ...

lastinteraction属性记录了客户端与服务器最后一次进行互动（interaction）的时间，这里的互动可以是客户端向服务器发送命令请求，也可以是服务器向客户端发送命令回复；

lastinteraction属性可以用来计算客户端的空转（idle）时间，也即是，距离客户端与服务器最后一次进行互动以来，已经过去了多少秒，CLIENT list命令的idle域记录了这个秒数：

redis> CLIENT list
addr=127.0.0.1:53428 ... idle=12 ...

obuf_soft_limit_reached_time属性记录了输出缓冲区第一次到达软性限制（soft limit）的时间，稍后介绍输出缓冲区大小限制的时候会详细说明这个属性的作用。

关闭客户端的各种原因

  • 如果客户端进程退出或者被杀死，那么客户端与服务器之间的网络连接将被关闭，从而造成客户端被关闭。
  • 如果客户端向服务器发送了带有不符合协议格式的命令请求，那么这个客户端也会被服务器关闭。
  • 如果客户端成为了CLIENT KILL命令的目标，那么它也会被关闭。
  • 如果用户为服务器设置了timeout配置选项，那么当客户端的空转时间超过timeout选项设置的值时，客户端将被关闭。不过timeout选项有一些例外情况：如果客户端是主服务器（打开了REDIS_MASTER标志），从服务器（打开了REDIS_SLAVE标志），正在被BLPOP等命令阻塞（打开了REDIS_BLOCKED标志），或者正在执行SUBSCRIBE、PSUBSCRIBE等订阅命令，那么即使客户端的空转时间超过了timeout选项的值，客户端也不会被服务器关闭。
  • 如果客户端发送的命令请求的大小超过了输入缓冲区的限制大小（默认为1 GB），那么这个客户端会被服务器关闭。
  • 如果要发送给客户端的命令回复的大小超过了输出缓冲区的限制大小，那么这个客户端会被服务器关闭。

前面介绍输出缓冲区的时候提到过，可变大小缓冲区由一个链表和任意多个字符串对象组成，理论上来说，这个缓冲区可以保存任意长的命令回复。但是，为了避免客户端的回复过大，占用过多的服务器资源，服务器会时刻检查客户端的输出缓冲区的大小，并在缓冲区的大小超出范围时，执行相应的限制操作。

服务器使用两种模式来限制客户端输出缓冲区的大小：

  • 硬性限制（hard limit）：如果输出缓冲区的大小超过了硬性限制所设置的大小，那么服务器立即关闭客户端。
  • 软性限制（soft limit）：如果输出缓冲区的大小超过了软性限制所设置的大小，但还没超过硬性限制，那么服务器将使用客户端状态结构的obuf_soft_limit_reached_time属性记录下客户端到达软性限制的起始时间；之后服务器会继续监视客户端，如果输出缓冲区的大小一直超出软性限制，并且持续时间超过服务器设定的时长，那么服务器将关闭客户端；相反地，如果输出缓冲区的大小在指定时间之内，不再超出软性限制，那么客户端就不会被关闭，并且obuf_soft_limit_reached_time属性的值也会被清零。

使用client-output-buffer-limit选项可以为普通客户端、从服务器客户端、执行发布与订阅功能的客户端分别设置不同的软性限制和硬性限制，该选项的格式为：

client-output-buffer-limit <class> <hard limit> <soft limit> <soft seconds>

以下是三个设置示例：

client-output-buffer-limit normal 0 0 0
client-output-buffer-limit slave 256mb 64mb 60
client-output-buffer-limit pubsub 32mb 8mb 60

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