目前网上关于memcached的分析主要是内存管理部分，下面对memcached的线程模型做下简单分析
有不对的地方还请大家指正,对memcahced和libevent不熟悉的请先google之

先看下memcahced启动时线程处理的流程


memcached的多线程主要是通过实例化多个libevent实现的,分别是一个主线程和n个workers线程
无论是主线程还是workers线程全部通过libevent管理网络事件，实际上每个线程都是一个单独的libevent实例

主线程负责监听客户端的建立连接请求，以及accept 连接
workers线程负责处理已经建立好的连接的读写等事件

先看一下大致的图示：


首先看下主要的数据结构(thread.c)：

C代码

1. /* An item in the connection queue. */
2. typedef struct conn_queue_item CQ_ITEM;
3. struct conn_queue_item {
4. int sfd;
5. int init_state;
6. int event_flags;
7. int read_buffer_size;
8. int is_udp;
9. CQ_ITEM *next;
10. };

/* An item in the connection queue. */ typedef struct conn_queue_item CQ_ITEM; struct conn_queue_item { int sfd; int init_state; int event_flags; int read_buffer_size; int is_udp; CQ_ITEM *next; };

CQ_ITEM 实际上是主线程accept后返回的已建立连接的fd的封装

C代码

1. /* A connection queue. */
2. typedef struct conn_queue CQ;
3. struct conn_queue {
4. CQ_ITEM *head;
5. CQ_ITEM *tail;
6. pthread_mutex_t lock;
7. pthread_cond_t cond;
8. };

/* A connection queue. */ typedef struct conn_queue CQ; struct conn_queue { CQ_ITEM *head; CQ_ITEM *tail; pthread_mutex_t lock; pthread_cond_t cond; };

CQ是一个管理CQ_ITEM的单向链表

C代码

1. typedef struct {
2. pthread_t thread_id; /* unique ID of this thread */
3. struct event_base *base; /* libevent handle this thread uses */
4. struct event notify_event; /* listen event for notify pipe */
5. int notify_receive_fd; /* receiving end of notify pipe */
6. int notify_send_fd; /* sending end of notify pipe */
7. CQ new_conn_queue; /* queue of new connections to handle */
8. } LIBEVENT_THREAD;

typedef struct { pthread_t thread_id; /* unique ID of this thread */ struct event_base *base; /* libevent handle this thread uses */ struct event notify_event; /* listen event for notify pipe */ int notify_receive_fd; /* receiving end of notify pipe */ int notify_send_fd; /* sending end of notify pipe */ CQ new_conn_queue; /* queue of new connections to handle */ } LIBEVENT_THREAD;

这是memcached里的线程结构的封装，可以看到每个线程都包含一个CQ队列，一条通知管道pipe
和一个libevent的实例event_base

另外一个重要的最重要的结构是对每个网络连接的封装conn

C代码

1. typedef struct{
2. int sfd;
3. int state;
4. struct event event;
5. short which;
6. char *rbuf;
7. ... //这里省去了很多状态标志和读写buf信息等
8. }conn;

typedef struct{ int sfd; int state; struct event event; short which; char *rbuf; ... //这里省去了很多状态标志和读写buf信息等 }conn; 

memcached主要通过设置/转换连接的不同状态，来处理事件（核心函数是drive_machine）

下面看下线程的初始化流程：

在memcached.c的main函数中，首先对主线程的libevent做了初始化

C代码

1. /* initialize main thread libevent instance */
2. main_base = event_init();

/* initialize main thread libevent instance */ main_base = event_init();

然后初始化所有的workers线程，并启动，启动过程细节在后面会有描述
C代码

1. /* start up worker threads if MT mode */
2. thread_init(settings.num_threads, main_base);

/* start up worker threads if MT mode */ thread_init(settings.num_threads, main_base); 

接着主线程调用（这里只分析tcp的情况，目前memcached支持udp方式）
C代码

1. server_socket(settings.port, 0)

server_socket(settings.port, 0)

这个方法主要是封装了创建监听socket，绑定地址，设置非阻塞模式并注册监听socket的
libevent 读事件等一系列操作

然后主线程调用
C代码

1. /* enter the event loop */
2. event_base_loop(main_base, 0);

/* enter the event loop */ event_base_loop(main_base, 0);

这时主线程启动开始通过libevent来接受外部连接请求，整个启动过程完毕

下面看看thread_init是怎样启动所有workers线程的，看一下thread_init里的核心代码

C代码

1. void thread_init(int nthreads, struct event_base *main_base) {
2. //。。。省略
3. threads = malloc(sizeof(LIBEVENT_THREAD) * nthreads);
4. if (! threads) {
5. perror("Can't allocate thread descriptors");
6. exit(1);
7. }
9. threads[0].base = main_base;
10. threads[0].thread_id = pthread_self();
12. for (i = 0; i < nthreads; i++) {
13. int fds[2];
14. if (pipe(fds)) {
15. perror("Can't create notify pipe");
16. exit(1);
17. }
19. threads[i].notify_receive_fd = fds[0];
20. threads[i].notify_send_fd = fds[1];
22. setup_thread(&threads[i]);
23. }
25. /* Create threads after we've done all the libevent setup. */
26. for (i = 1; i < nthreads; i++) {
27. create_worker(worker_libevent, &threads[i]);
28. }
29. }

void thread_init(int nthreads, struct event_base *main_base) { //。。。省略 threads = malloc(sizeof(LIBEVENT_THREAD) * nthreads); if (! threads) { perror("Can't allocate thread descriptors"); exit(1); } threads[0].base = main_base; threads[0].thread_id = pthread_self(); for (i = 0; i < nthreads; i++) { int fds[2]; if (pipe(fds)) { perror("Can't create notify pipe"); exit(1); } threads[i].notify_receive_fd = fds[0]; threads[i].notify_send_fd = fds[1]; setup_thread(&threads[i]); } /* Create threads after we've done all the libevent setup. */ for (i = 1; i < nthreads; i++) { create_worker(worker_libevent, &threads[i]); } }

threads的声明是这样的
static LIBEVENT_THREAD *threads;

thread_init首先malloc线程的空间，然后第一个threads作为主线程，其余都是workers线程
然后为每个线程创建一个pipe，这个pipe被用来作为主线程通知workers线程有新的连接到达

看下setup_thread

C代码

1. static void setup_thread(LIBEVENT_THREAD *me) {
2. if (! me->base) {
3. me->base = event_init();
4. if (! me->base) {
5. fprintf(stderr, "Can't allocate event base\n");
6. exit(1);
7. }
8. }
10. /* Listen for notifications from other threads */
11. event_set(&me->notify_event, me->notify_receive_fd,
12. EV_READ | EV_PERSIST, thread_libevent_process, me);
13. event_base_set(me->base, &me->notify_event);
15. if (event_add(&me->notify_event, 0) == -1) {
16. fprintf(stderr, "Can't monitor libevent notify pipe\n");
17. exit(1);
18. }
20. cq_init(&me->new_conn_queue);
21. }

static void setup_thread(LIBEVENT_THREAD *me) { if (! me->base) { me->base = event_init(); if (! me->base) { fprintf(stderr, "Can't allocate event base\n"); exit(1); } } /* Listen for notifications from other threads */ event_set(&me->notify_event, me->notify_receive_fd, EV_READ | EV_PERSIST, thread_libevent_process, me); event_base_set(me->base, &me->notify_event); if (event_add(&me->notify_event, 0) == -1) { fprintf(stderr, "Can't monitor libevent notify pipe\n"); exit(1); } cq_init(&me->new_conn_queue); }

setup_thread主要是创建所有workers线程的libevent实例（主线程的libevent实例在main函数中已经建立）

由于之前 threads[0].base = main_base;所以第一个线程（主线程）在这里不会执行event_init()
然后就是注册所有workers线程的管道读端的libevent的读事件，等待主线程的通知
最后在该方法里将所有的workers的CQ初始化了

create_worker实际上就是真正启动了线程，pthread_create调用worker_libevent方法，该方法执行
event_base_loop启动该线程的libevent

这里我们需要记住每个workers线程目前只在自己线程的管道的读端有数据时可读时触发，并调用
thread_libevent_process方法

看一下这个函数
C代码

1. static void thread_libevent_process(int fd, short which, void *arg){
2. LIBEVENT_THREAD *me = arg;
3. CQ_ITEM *item;
4. char buf[1];
6. if (read(fd, buf, 1) != 1)
7. if (settings.verbose > 0)
8. fprintf(stderr, "Can't read from libevent pipe\n");
10. item = cq_peek(&me->new_conn_queue);
12. if (NULL != item) {
13. conn *c = conn_new(item->sfd, item->init_state, item->event_flags,
14. item->read_buffer_size, item->is_udp, me->base);
15. 。。。//省略
16. }
17. }

static void thread_libevent_process(int fd, short which, void *arg){ LIBEVENT_THREAD *me = arg; CQ_ITEM *item; char buf[1]; if (read(fd, buf, 1) != 1) if (settings.verbose > 0) fprintf(stderr, "Can't read from libevent pipe\n"); item = cq_peek(&me->new_conn_queue); if (NULL != item) { conn *c = conn_new(item->sfd, item->init_state, item->event_flags, item->read_buffer_size, item->is_udp, me->base); 。。。//省略 } }

函数参数的fd是这个线程的管道读端的描述符
首先将管道的1个字节通知信号读出（这是必须的，在水平触发模式下如果不处理该事件，则会被循环通知，知道事件被处理）

cq_peek是从该线程的CQ队列中取队列头的一个CQ_ITEM,这个CQ_ITEM是被主线程丢到这个队列里的，item->sfd是已经建立的连接
的描述符，通过conn_new函数为该描述符注册libevent的读事件，me->base是代表自己的一个线程结构体，就是说对该描述符的事件
处理交给当前这个workers线程处理,conn_new方法的最重要的内容是：

C代码

1. conn *conn_new(const int sfd, const int init_state, const int event_flags,
2. const int read_buffer_size, const bool is_udp, struct event_base *base) {
3. 。。。
4. event_set(&c->event, sfd, event_flags, event_handler, (void *)c);
5. event_base_set(base, &c->event);
6. c->ev_flags = event_flags;
7. if (event_add(&c->event, 0) == -1) {
8. if (conn_add_to_freelist(c)) {
9. conn_free(c);
10. }
11. perror("event_add");
12. return NULL;
13. }
14. 。。。
15. }

conn *conn_new(const int sfd, const int init_state, const int event_flags, const int read_buffer_size, const bool is_udp, struct event_base *base) { 。。。 event_set(&c->event, sfd, event_flags, event_handler, (void *)c); event_base_set(base, &c->event); c->ev_flags = event_flags; if (event_add(&c->event, 0) == -1) { if (conn_add_to_freelist(c)) { conn_free(c); } perror("event_add"); return NULL; } 。。。 }

可以看到新的连接被注册了一个事件（实际是EV_READ|EV_PERSIST）,由当前线程处理（因为这里的event_base是该workers线程自己的）
当该连接有可读数据时会回调event_handler函数，实际上event_handler里主要是调用memcached的核心方法drive_machine

最后看看主线程是如何通知workers线程处理新连接的，主线程的libevent注册的是监听socket描述字的可读事件，就是说
当有建立连接请求时，主线程会处理，回调的函数是也是event_handler（因为实际上主线程也是通过conn_new初始化的监听socket 的libevent可读事件）

最后看看memcached网络事件处理的最核心部分- drive_machine
需要铭记于心的是drive_machine是多线程环境执行的，主线程和workers都会执行drive_machine

C代码

1. static void drive_machine(conn *c) {
2. bool stop = false;
3. int sfd, flags = 1;
4. socklen_t addrlen;
5. struct sockaddr_storage addr;
6. int res;
8. assert(c != NULL);
10. while (!stop) {
12. switch(c->state) {
13. case conn_listening:
14. addrlen = sizeof(addr);
15. if ((sfd = accept(c->sfd, (struct sockaddr *)&addr, &addrlen)) == -1) {
16. //省去n多错误情况处理
17. break;
18. }
19. if ((flags = fcntl(sfd, F_GETFL, 0)) < 0 ||
20. fcntl(sfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) < 0) {
21. perror("setting O_NONBLOCK");
22. close(sfd);
23. break;
24. }
25. dispatch_conn_new(sfd, conn_read, EV_READ | EV_PERSIST,
26. DATA_BUFFER_SIZE, false);
27. break;
29. case conn_read:
30. if (try_read_command(c) != 0) {
31. continue;
32. }
33. ....//省略
34. }
35. }

static void drive_machine(conn *c) { bool stop = false; int sfd, flags = 1; socklen_t addrlen; struct sockaddr_storage addr; int res; assert(c != NULL); while (!stop) { switch(c->state) { case conn_listening: addrlen = sizeof(addr); if ((sfd = accept(c->sfd, (struct sockaddr *)&addr, &addrlen)) == -1) { //省去n多错误情况处理 break; } if ((flags = fcntl(sfd, F_GETFL, 0)) < 0 || fcntl(sfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) < 0) { perror("setting O_NONBLOCK"); close(sfd); break; } dispatch_conn_new(sfd, conn_read, EV_READ | EV_PERSIST, DATA_BUFFER_SIZE, false); break; case conn_read: if (try_read_command(c) != 0) { continue; } ....//省略 } }

首先大家不到被while循环误导（大部分做java的同学都会马上联想到是个周而复始的loop）其实while通常满足一个
case后就会break了，这里用while是考虑到垂直触发方式下，必须读到EWOULDBLOCK错误才可以

言归正传，drive_machine主要是通过当前连接的state来判断该进行何种处理，因为通过libevent注册了读写时间后回调的都是
这个核心函数，所以实际上我们在注册libevent相应事件时，会同时把事件状态写到该conn结构体里，libevent进行回调时会把
该conn结构作为参数传递过来，就是该方法的形参

memcached里连接的状态通过一个enum声明
C代码

1. enum conn_states {
2. conn_listening, /** the socket which listens for connections */
3. conn_read, /** reading in a command line */
4. conn_write, /** writing out a simple response */
5. conn_nread, /** reading in a fixed number of bytes */
6. conn_swallow, /** swallowing unnecessary bytes w/o storing */
7. conn_closing, /** closing this connection */
8. conn