开篇词 | 阅读Redis源码能给你带来什么？

蒋德钧

中科院计算所副研究员

你好，我是蒋德钧，目前在中科院计算所任职副研究员。在2015年的时候，我和团队开始设计实现一个高性能键值数据库。为了实现这一目标，我们调研了业界常用的多种键值数据库，并选择Redis作为重点研究对象。在学习Redis的过程中，我就通读了Redis的源码，尤其是Redis的数据结构、主从复制、RDB/AOF等关键功能。

也正是通过阅读Redis源码，我发现自己对Redis的关键设计原理和机制，有了更加直接和深刻的理解。更重要的是，Redis的代码设计和实现教给了我很多计算机系统的设计思路，让我受益匪浅。

2020年，我在极客时间上开设了一门《Redis核心技术与实战》课程，来帮助同学们掌握Redis的核心原理和实战应用技术。在课程的更新和学习过程中，也有不少同学说想要了解和学习Redis源码，但是又苦于无从下手。因此时隔一年，我又带来了一个源码课程。

这门课程会从Redis源码阅读的角度出发，一方面会给你介绍Redis关键技术的代码实现，以便你能更加彻底地理解和掌握该项关键技术。另外更重要的一方面就是，我希望通过这门课程，把我当时在阅读Redis源码时，体会和掌握到的计算机单机系统和分布式系统常见的设计思想，分享给你，让你也可以把这些设计思想应用到自身的项目开发中。

好了，那么接下来，我就先和你聊聊阅读Redis源码能给我们带来什么，也就是为什么要学习Redis源码。

会用Redis不就行了，为啥要读源码呢？

平常我们在基于Redis做应用开发时，可能只是将Redis作为一个缓存系统或是数据库来存取数据，并不会接触到源码层面的东西。比如，我们在做社交应用开发时，会将用户数据、关注信息等缓存在Redis中；在开发存储系统软件时，也会用Redis保存系统元数据。

不过，我遇到过不少做开发或是运维的团队，他们在使用或运维Redis时，经常会面临Redis性能变差、Redis实例故障等问题，而这些问题都会影响到业务应用的运行。再者，经历过大厂面试的人也知道，很多互联网公司在招聘资深技术岗时，都会问一些跟Redis相关的考点问题。

也就是说，如果你不了解Redis源码层面的实现原理，那不管你是在实际开发中排查问题故障点，还是在技术面试中快速拆解问题的套路，都可能会受到阻碍。

我就举个简单的例子。Redis在运行过程中，随着保存数据的增加，会进行rehash操作，而rehash操作会对Redis的性能造成一定影响。如果我们想定位当前性能问题是否由rehash引起，我们就需要了解rehash的具体触发时机，这就包括rehash的触发条件有哪些，以及在哪些操作过程中会对这些触发条件进行判断。

可是，当我们只是了解rehash的基本原理时，我们就只是知道当哈希表的负载因子大于预设阈值后，就会开始执行rehash。但是，具体到Redis来说，我们还需要进一步了解：

哈希表的负载因子是怎么算的？知道了这一点，我们可以推算Redis的负载压力。
除了负载因子这一条件，是否还有其他触发条件？了解这一点，可以帮助我们结合Redis运行情况，推断当前是否发生rehash。
rehash触发条件的判断会在哪些函数中进行调用？了解这一点很有用，可以让我们知道在哪些操作执行过程中，会判断rehash触发条件，进而执行rehash。

你看，虽然从原理上说这是一个rehash操作，但一旦落到实际的性能问题排查时，我们却会面临很多的具体问题。

那么，要想解答这些问题，最好的办法就是阅读和学习Redis源码。通过学习源码，我们能进一步掌握Redis的实现细节，这带来的最明显收益就是，能了解Redis运行过程中要判断和处理的各种条件。这些细节正对应了我们在排查Redis性能、故障问题时的排查思路，可以帮助我们有章法、高效地解决问题。

另外，从我的经验来看，学习源码除了能帮助我们掌握Redis的设计细节，还能带来以下三点收获。

第一，从原理到源码，学习源码阅读方法，培养源码习惯，掌握学习主动权。

阅读源码本身是一个辛苦的过程，尤其是面对像Redis这样的系统软件。但是，你一旦掌握了阅读方法，进而养成了阅读习惯后，你就能从源码中掌握Redis的各种实现细节，建立对Redis的全面认识。这样一来，你就能成为一名Redis专家。

除此之外，一旦我们养成阅读源码的习惯，再遇到问题时，我们就会“条件反射”式地从源码中去寻找答案。而且，Redis的代码一直在不断迭代更新，因此更新代码所对应的工作原理有时也会发生一些变化，但是又没有材料可以及时介绍代码更新带来的变化。此时，如果我们已经习惯从代码层去理解Redis的工作机制的话，那么，我们就能在第一时间掌握Redis的新发展和新变化，并可以将其应用到实际工作中。

比如，Redis在2020年5月份推出了6.0版本，在该版本中，Redis实现了多IO线程机制。如果我们养成了阅读Redis源码的习惯，就可以尽早地了解Redis 6.0中多IO线程的具体实现，并评估其可用性。

第二，学习良好的编程规范和技巧，写出高质量的代码。

学习Redis源码给我们带来的第二个收获，是它提供了一个经典的、使用C语言开发的软件系统示例，可以让我们学习掌握良好的C语言编码规范和技巧。

Redis的稳定版包括2、3、4、5，以及2020年发布的6.0版本，这些版本在实际业务中都有部署使用，其代码稳定性和健壮性也都经过了考验。因此，Redis的源码是一份优秀的C语言编程学习素材。无论你是C语言的初学者，还是有经验的C语言开发者，通过学习Redis源码，都可以帮助你掌握编码规范和技巧。

比如，我们可以从Redis源码中学习功能模块单元测试的编程方法，下面的代码就显示了Redis SDS数据类型的单元测试，通过定义测试函数，以及宏定义开关，就可以实现针对SDS类型的各种操作测试。

int sdsTest() {
    ...
}

#ifdef SDS_TEST_MAIN
int main(void) {
    return sdsTest();
}
#endif

第三，举一反三，学习计算机系统设计思想，实现职业能力进阶。

最后，学习Redis源码还有一个大收获，就是跟着Redis学习计算机系统的关键设计思想。Redis是一个非常经典的内存数据库，它的设计与实现涉及两类计算机系统的关键技术。

一是单机键值数据库的关键技术，包括支持高性能访问的数据结构、支持高效空间利用率的数据结构、网络服务器高并发通信、高效线程执行模型、内存管理、日志机制等。这些技术是设计和实现一个单机键值数据库时都需要考虑的问题。

二是分布式系统的关键技术，包括分布式系统主从库复制机制、可扩展集群数据切片与放置技术、可扩展集群通信机制等。

Redis在开发时，就针对上述问题进行了合理的设计和优化。因此，你通过阅读Redis源码，就可以充分学习到这些计算机系统的设计思想，并把它们应用到自身的项目开发中，这样进一步也能提升你的职业竞争力。

我画了下面这张图，显示了通过阅读Redis源码，可以学习和掌握到的计算机系统设计思想，你可以看下。

好了，到这里，你就可以发现，阅读和学习Redis源码，无论是对掌握Redis细节，成为Redis达人，还是养成源码阅读习惯，主动跟进Redis最新发展，或者是跟着Redis学习编程规范和设计思想，都大有裨益。

如何正确学习Redis源码？

但是，你在尝试阅读Redis源码的时候，有没有感到无从下手或是无所适从，比如说：

Redis源码中的功能模块很多，不清楚它们之间的逻辑关系，或是某个模块中的内容很多，很难厘清一条清晰的调用路径；
花费了很多时间阅读代码，但总是抓不住重点，或者是在阅读一个函数代码时，很容易陷入细节之中，无法快速抓住代码的关键部分。

其实，你之所以“无从下手”的原因，是缺少了代码结构的全景图，而出现“无所适从”的问题，是缺少阅读目标的牵引和基本原理的支撑。简单来说，就是没有掌握科学、高效的代码阅读方法。

根据我阅读Redis这种大型系统源码的经验，下面我就来给你提供三个锦囊妙计。

高效阅读代码的第一个要点，是要先从整体上掌握源码的结构。

这是因为，如果一开始就盯着一个代码文件看，这样就很容易陷入到细节中，无法从全局上了解到Redis源码的组成，也不容易分清主次。

所以，对于阅读Redis源码来说，我们就需要先形成一幅Redis源码的全景图，如下所示。

有了这张图以后，我们就可以根据自己的学习需求，查找到所要学习的代码文件。然后，我们再根据Redis不同的功能特性，分线条学习每个功能特性上涉及的关键技术和设计思想。

高效阅读代码的第二个要点，是一定要有目标牵引和原理支撑。

Redis的功能模块很多，每个功能模块的实现也比较复杂，我们在阅读代码前一定要明确想要了解的目标，比如是想了解某个数据结构，还是想要了解主从复制的流程。

在确定目标后，我们还需要对相应的原理有所了解，然后再开始阅读源码。这是因为源码是原理的体现，如果对Redis功能的基本原理不了解，直接阅读源码，就难于理解代码逻辑，增加了代码阅读的难度。

高效阅读代码的第三个要点，是要做到先主线逻辑再分支细节。

虽然说源码是原理的体现，但是和原理相比，源码通常会考虑系统运行时的各种情况和细节。我看到有些开发人员在阅读源码时，一上来就阅读代码中的每个分支，然后在每个分支上又追到每个函数中细看。而不同分支上的函数往往又涉及其他处理细节，这样一来，就会导致自己既不容易理解代码的主要逻辑，又会感到代码不好读，容易气馁。

其实，我们在阅读代码时一定要先把功能模块的主线逻辑梳理出来，具体来说，就是先把代码执行路径了解清楚，其中的分支做好标记，不用一开始就逐行阅读。等主线逻辑清楚后，我们再学习不同分支的处理。

比如，我们在阅读Redis事件驱动处理框架代码时，就需要在代码中先把事件处理流程的主要步骤梳理出来，包括创建事件、监听事件、启动事件处理循环。然后，我们再去了解事件创建、监听和处理的各种细节。这样一来，代码阅读就能更加高效了。

好了，在了解了代码学习方法之后，我们可以开始深入Redis具体的源码模块当中，去学习不同功能特性的设计与实现了。

这门课程是怎样设计的？

说到Redis的功能特性，Redis提供了String、List、Hash、Set、Sorted Set等丰富的数据类型，同时，Redis的访问性能高，还能构建成主从集群、切片集群来分别提升Redis使用的可靠性和可扩展性。

因此，针对Redis的上述功能特性，我把这门课程分成五大模块，具体如下。

数据结构：你将学习到Redis主要数据结构的设计思想和实现，包括字符串的实现方法、内存紧凑型结构的设计、哈希表性能优化设计，以及ziplist、quicklist、listpack、跳表的设计与实现等。
网络通信与执行模型：你将掌握Redis server的启动流程、高性能网络通信设计与实现、事件驱动框架的设计与实现、Redis线程类型的设计和优化等。
缓存：你将了解常见缓存替换算法如何从原理转变为代码。
可靠性保证：你将掌握RDB、AOF的具体实现，分布式系统中Raft一致性协议的设计实现，故障切换的关键代码实现等。
切片集群：你将学习到Redis切片集群中关键机制的设计与实现，包括Gossip通信协议、请求重定向、数据迁移等。

并且，在学习这五类模块中的关键源码的同时，我还会给你介绍对应的计算机系统设计思想，以便你把这些设计思想应用到自己的系统开发中。最后，我还会向你介绍Redis源码中使用的一些编程技巧，以便你学习掌握后，应用到自己的程序开发中。