Redis 设计与实现（第二版）第二部分：单机数据库的实现客户端客户端属性

客户端属性

客户端状态包含的属性可以分为两类：

一类是比较通用的属性，这些属性很少与特定功能相关，无论客户端执行的是什么工作，它们都要用到这些属性。
另外一类是和特定功能相关的属性，比如操作数据库时需要用到的 db 属性和 dictid 属性，执行事务时需要用到的 mstate 属性，以及执行 WATCH 命令时需要用到的 watched_keys 属性，等等。

本章将对客户端状态中比较通用的那部分属性进行介绍，至于那些和特定功能相关的属性，则会在相应的章节进行介绍。

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。目前 Redis 服务器会在两个地方用到伪客户端，一个用于载入 AOF 文件并还原数据库状态，而另一个则用于执行 Lua 脚本中包含的 Redis 命令。
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讯，所以服务器会用 fd 属性来记录客户端套接字的描述符。因为合法的套接字描述符不能是 -1 ，所以普通客户端的套接字描述符的值必然是大于 -1 的整数。

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。

比如在下面展示的 CLIENT_LIST 命令示例中，两个客户端的 name 域都是空白的：

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 ...

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。

以下展示的是客户端执行 CLIENT_SETNAME 命令之后的客户端列表：

redis> CLIENT list
addr=127.0.0.1:53428 fd=6 name=message_queue age=2093 idle=0 ...
addr=127.0.0.1:53469 fd=7 name=user_relationship age=855 idle=2 ...

其中，第一个客户端的名字是 message_queue ，我们可以猜测它是负责处理消息队列的客户端；第二个客户端的名字是 user_relationship ，我们可以猜测它为负责处理用户关系的客户端。

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;

如果客户端没有为自己设置名字，那么相应客户端状态的 name 属性指向 NULL 指针；相反地，如果客户端为自己设置了名字，那么 name属性将指向一个字符串对象，而该对象就保存着客户端的名字。

图 13-3 展示了一个客户端状态示例，根据 name 属性显示，客户端的名字为 "message_queue" 。

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 属性的值可以是单个标志：

flags =

也可以是多个标志的二进制或，比如：

flags =  |  | ...

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_PRE_PSYNC 标志表示客户端代表的是一个版本低于 Redis 2.8 的从服务器，主服务器不能使用 PSYNC 命令与这个从服务器进行同步。这个标志只能在 REDIS_SLAVE 标志处于打开状态时使用。
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。

而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。

以上提到的所有标志都定义在 redis.h 文件里面。

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。

以下是一些 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

客户端状态的输入缓冲区用于保存客户端发送的命令请求：

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

图 13-4 展示了这个 SDS 值以及 querybuf 属性的样子：

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 1 GB ，否则服务器将关闭这个客户端。

命令与命令参数

在服务器将客户端发送的命令请求保存到客户端状态的 querybuf 属性之后，服务器将对命令请求的内容进行分析，并将得出的命令参数以及命令参数的个数分别保存到客户端状态的 argv 属性和 argc 属性：

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

argv 属性是一个数组，数组中的每个项都是一个字符串对象：其中 argv[0] 是要执行的命令，而之后的其他项则是传给命令的参数。

argc 属性则负责记录 argv 数组的长度。

举个例子，对于图 13-4 所示的 querybuf 属性来说，服务器将分析并创建图 13-5 所示的 argv 属性和 argc 属性。

注意，在图 13-5 展示的客户端状态中， argc 属性的值为 3 ，而不是 2 ，因为命令的名字 "SET" 本身也是一个参数。

命令的实现函数

当服务器从协议内容中分析并得出 argv 属性和 argc 属性的值之后，服务器将根据项 argv[0] 的值，在命令表中查找命令所对应的命令实现函数。

图 13-6 展示了一个命令表示例，该表是一个字典，字典的键是一个 SDS 结构，保存了命令的名字，字典的值是命令所对应的redisCommand 结构，这个结构保存了命令的实现函数、命令的标志、命令应该给定的参数个数、命令的总执行次数和总消耗时长等统计信息。

当程序在命令表中成功找到 argv[0] 所对应的 redisCommand 结构时，它会将客户端状态的 cmd 指针指向这个结构：

typedef struct redisClient {
    // ...
    struct redisCommand *cmd;
    // ...
} redisClient;

之后，服务器就可以使用 cmd 属性所指向的 redisCommand 结构，以及 argv 、 argc 属性中保存的命令参数信息，调用命令实现函数，执行客户端指定的命令。

图 13-7 演示了服务器在 argv[0] 为 "SET" 时，查找命令表并将客户端状态的 cmd 指针指向目标 redisCommand 结构的整个过程。

针对命令表的查找操作不区分输入字母的大小写，所以无论 argv[0] 是 "SET" 、 "set" 、或者 "SeT ，等等，查找的结果都是相同的。

输出缓冲区

执行命令所得的命令回复会被保存在客户端状态的输出缓冲区里面，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 、简短的字符串值、整数值、错误回复，等等。
可变大小的缓冲区用于保存那些长度比较大的回复，比如一个非常长的字符串值，一个由很多项组成的列表，一个包含了很多元素的集合，等等。

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 16 KB 。

图 13-8 展示了一个使用固定大小缓冲区来保存返回值 +OK\r\n 的例子。

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;

通过使用链表来连接多个字符串对象，服务器可以为客户端保存一个非常长的命令回复，而不必受到固定大小缓冲区 16 KB 大小的限制。

图 13-9 展示了一个包含三个字符串对象的 reply 链表。

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。

举个例子，对于一个尚未进行身份验证的客户端来说，客户端状态的 authenticated 属性将如图 13-10 所示。

当客户端 authenticated 属性的值为 0 时，除了 AUTH 命令之外，客户端发送的所有其他命令都会被服务器拒绝执行：

redis> PING
(error) NOAUTH Authentication required.
redis> SET msg "hello world"
(error) NOAUTH Authentication required.

当客户端通过 AUTH 命令成功进行身份验证之后，客户端状态 authenticated 属性的值就会从 0 变为 1 ，如图 13-11 所示，这时客户端就可以像往常一样向服务器发送命令请求了：

# authenticated 属性的值从 0 变为 1
redis> AUTH 123321
OK
redis> PING
PONG
redis> SET msg "hello world"
OK

authenticated 属性仅在服务器启用了身份验证功能时使用：如果服务器没有启用身份验证功能的话，那么即使 authenticated 属性的值为 0（这是默认值），服务器也不会拒绝执行客户端发送的命令请求。

关于服务器身份验证的更多信息可以参考示例配置文件对 requirepass 选项的相关说明。

时间

最后，客户端还有几个和时间有关的属性：

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。