Redis Modules及其引申问题

一、引言

我今天在逛redis官网的时候（redis.io），无意中看到r edis m odules 这个功能，于是就去了解了一下同时记录为本篇内容。本文包括两个部分：第一部分是对redis modules进行入门级介绍，回答的问题包括r edis m odules 是什么？redis modules怎么用这两个问题？同时提出了三个问题。第二部分是针对第一部分提出的三个问题进行回答，回答主要是以个人观点为主。

二、redis modules

2.1 redis modules是什么

回答redis modules是什么问题之前我们可以先看看redis modules能做什么，通过redis modules，用户可以扩展redis的功能，比如用户可以实现自定义命令， 当客户端往redis server发送这个命令的时候，redis server会执行用户实现的代码，运行起来就像redis内置命令一样。总结一下，redis modules是redis提供的一种插件化机制，他能够让用户的代码以插件（modules）的形式集成到redis服务中，如下是redis modules示意图帮助理解。

图1 redis模块系统插件化机制示意图

2.2 redis模块系统怎么玩

这个功能看起来很有意思，那么我们怎么玩呢？如果只用一句话描述的话，可以为： 引入redismodule.h头文件实现指定的接口和自定义命令，并将你的代码打包成动态链接库 ， 然后使用redis提供的命令将动态链接库集成到redis服务中就可以啦 。除了运行期动态加载链接库之外，我们还可以使用配置文件的方式（redis.conf），让redis在启动的时候加载动态链接库，这样会有一个预热的过程，下面是代表两种做法的代码，帮助理解：

 MODULE LOAD /path/to/mymodule.so 或 loadmodule /path/to/mymodule.so

1）那么，有哪些接口可以或者需要实现呢？

其实没那么多，也就只有RedisModule_OnLoad这个接口需要实现，RedisModule_OnLoad相当于一个redis提供的一个回调方法，在模块刚被加载时候，redis服务会回调这个方法，因此我们可以在这个方法中添加一些模块初始化相关的逻辑，这部分逻辑可以在module.c的moduleLoad方法中找到，redis服务分别调用dlopen方法加载动态链接库库并获得句柄，然后传给dlsym方法来调用动态链接库中的用户代码，注意用户是必须要实现RedisModule_OnLoad方法的，否则模块不会生效。

handle = dlopen(path,RTLD_NOW|RTLD_LOCAL);
//省略
onload = (int (*)(void *, void **, int))(unsigned long) dlsym(handle,”RedisModule_OnLoad”);
if (onload == NULL) {
//省略
return C_ERR;
}

2）然后，怎么实现自定义命令呢？

实现起来可以认为一共分两步，第一步是实现自定义命令处理逻辑，这里提供一个简单的例子：

int HelloSimple_RedisCommand(RedisModuleCtx *ctx, RedisModuleString **argv, int argc) {
RedisModule_ReplyWithLongLong(ctx, 1);
return REDISMODULE_OK;
}

这个例子实现的功能就只是往客户端返回固定的数字“1”，这段代码涉及对RedisModule_ReplyWithLongLong这个方法的调用，RedisModule_ReplyWithLongLong方法是Redis Modules提供给自定义模块开发者的标准接口，换句话说就是你在实现自己的模块逻辑的时候，可以调用这样一组标准接口，来实现自己想要的功能（类系统调用），这样的标准接口还有很多很多。 第二步是注册自定义命令名与自定义命令处理逻辑，具体是在RedisModule_OnLoad方法的实现中调用 RedisModule_CreateCommand 方法注册自定义命令，假设自定义的命令名为“hello.simple”，那么注册方式如下：

RedisModule_CreateCommand(ctx,"hello.simple", HelloSimple_RedisCommand)

RedisModule_CreateCommand方法也是属于redis模块系统提供给模块实现者的标准接口。

2.3 提出引申问题

上面是基于redis modules实现一个自定义命令的完整示例，打包加载部分这里就不带着大家一起看了，接下来我提出三个引申问题：

1、从redis的Copyright看，从2006年就开始了，从代码提交看可追溯到2009年，也就是说redis至少经历了10年的迭代，功能不断增增加，代码规模不断增大，redis是如何控制代码复杂度的？

2、插件化这个思路也很常见，官网显示MODULE LOAD是从redis 4.0.0版本开始使用的，从代码提交看，redis 模块系统代码至少提交于2016年5月，实际开始编写会更早，redis为什么会提供这样的功能？

3、插件化设计的技术难点是什么？（有什么需要注意的？）

三、引申问题思考

3.1 redis是如何应分解代码的？

redis是基于c编写的，redis src文件夹下的代码行数约10W行，对于c语言编写的代码来说规模上算是比较宏大的了，我们从redis src下面的.h和.c文件可以看出一些规律，不完全枚举，大家可以感受一下：

图二 redis源码结构

可以看出， redis主要是以功能模块的方式分解代码的 ，个人认为redis源码没有给人一种非常复杂的感觉，每个模块的命名很清晰，比如zmalloc.c一看就知道是内存分配相关功能的具体实现，同时每个功能都会分成.h和.c两个文件，如果我们只想了解这个功能大概包括哪些核心功能，只需要看.h就可以了，比如下面是zmalloc.h中声明的所有方法：

void *zmalloc(size_t size);
void *zcalloc(size_t size);
void *zrealloc(void *ptr, size_t size);
void zfree(void *ptr);
char *zstrdup(const char *s);
size_t zmalloc_used_memory(void);
void zmalloc_set_oom_handler(void (*oom_handler)(size_t));
size_t zmalloc_get_rss(void);
int zmalloc_get_allocator_info(size_t *allocated, size_t *active, size_t *resident);
void set_jemalloc_bg_thread(int enable);
int jemalloc_purge();
size_t zmalloc_get_private_dirty(long pid);
size_t zmalloc_get_smap_bytes_by_field(char *field, long pid);
size_t zmalloc_get_memory_size(void);

void zlibc_free(void *ptr);

3.2 redis为什么要引入插件化功能？

从时代背景看，redis的诞生是在PC互联网时代迁移到移动互联网时代中的十年（2000-2010），发展是在移动互联网爆发的十年（2010-2020），redis模块系统从2016年开始提交代码，我印象中2015年是互联网创业的泡沫时期，当时创业项目成千上万，是一个ppt拿融资的年代，随着移动互联网的快速发展，移动流量不断突破记录对后端高性能系统设计提出了挑战，而redis作为一个高性能的内存数据库产品恰好是这方面的优秀解决方案，互联网的发展带动了技术的发展，因此，我认为这是一部分原因。然而redis本身是一个慢项目，redis定位是基础设施层，是存储数据的地方，千万不能出现问题，核心是求稳，每个版本都要经过足够一段时间的beta才能发布，其不可能像互联网业务项目一样能够快速迭代？需求需要支撑，系统要求稳定，怎么办呢？redis想到了一个办法， 按开放式的思路设计，提供可插拔的能力，每个人都可以将自己的代码集成进来 ，以应对redis团队资源方面的问题以及各种各样业务场景中redis本身无法满足的业务需求 。 其实，横向看一下我们会发现无独有偶，从技术角度看，2017年阿里双十一交易系统TMP2.0也是基于同样的思路设计的，TMF是在中台化的背景下产生的，其能够支持业务代码以插件包的形式集成到交易平台上，交易平台整体框架，插件化支持业务定制。

图三 TMP 2.0

3.3 插件化系统设计的难点是什么？

“设计最难的部分在于设计什么”——《设计原本》

类似，我认为插件化系统的核心难点是插件什么？这里包括两个部分问题，一是在哪里设置插口？二是插口如何设计？从大的方向看，这部分核心依赖对业务流程的理解，对变与不变的识别，将变化的东西通过插口隔离出来。

除此之外，我认为还有一个很重要的问题是安全性问题，既然允许用户代码跑在核心系统里面，那么如何保证这部分代码执行是安全的？举个栗子，用户实现了一个死循环丢给核心系统调度会有什么后果？这个问题操作系统设计的时候也有同样的困惑，因此引入了用户态和内核态的概念。

这部分我主要是作为提问者吧，读者有答案欢迎分享。

四、总结

本文从redis模块系统出发，首先介绍了redis模块系统是什么，怎么玩，然后提出了三个引申的问题，后面针对这三个引申的问题试着解答，但答案仅仅是作者个人理解。插件化思路无论是对基础服务来说，还是对业务系统来说都是非常具有设计参考价值，希望本文能够对读者有帮助，谢谢。

五、参考文献

【1】https://www.sohu.com/a/212071978_612370

【2】https://redis.io/topics/modules-intro