Hace tiempo inicié un proyecto llamado Zedis, un clon de Redis escrito en Zig, que ha sido mi laboratorio para aprender programación de bajo nivel y diseño de sistemas de alto rendimiento. En este artículo explico de forma clara y práctica dos características centrales que implementé: el mecanismo Pub/Sub y la estrategia de asignación de memoria. También aprovecho para mostrar cómo soluciones de desarrollo y software a medida pueden beneficiarse de arquitecturas similares en proyectos críticos.
Por qué crear un clon de Redis en Zig. Mi objetivo personal fue dominar Zig durante el año y Zedis era la excusa perfecta. Zig aporta funcionalidades interesantes para sistemas de alto rendimiento, como comptime para ejecutar código en tiempo de compilación y una gestión de memoria explícita que facilita construir asignadores personalizados. Zedis me permitió explorar programación de red, manejo de concurrencia y la implementación de allocators optimizados.
Pub/Sub explicado de forma práctica. El patrón Publish/Subscribe separa emisores y receptores para lograr un sistema de mensajería desacoplado y eficiente. En Zedis lo implementé con tres piezas básicas: un mapa de canales a suscriptores, la lógica de difusión de mensajes y un modo especial en el cliente para operar únicamente como receptor.
Canales y suscriptores. Cuando un cliente se suscribe a un canal se añade su identificador a la lista de suscriptores del canal. En Zig utilicé una estructura hash para mapear el nombre del canal a una colección de IDs de cliente, optimizada para búsquedas rápidas y compactación de memoria. Publicar un mensaje. Al publicar, el servidor recorre la lista de suscriptores y escribe el mensaje en cada conexión activa. Para evitar bloqueos y latencia, las escrituras se realizan de forma asíncrona o por lotes cuando es posible, y se supervisa el tamaño de los buffers de salida para desconectar o degradar clientes muy lentos.
Entrada en modo Pub/Sub. Tras la primera suscripción, el cliente entra en un modo Pub/Sub donde no puede ejecutar comandos de almacenamiento tradicionales y solo recibe notificaciones de los canales. Esta separación simplifica las garantías de entrega y reduce el coste de validar comandos en clientes receptores.
En la práctica hay que manejar condiciones como canales llenos, límites de suscriptores por canal y errores de entrega. Implementé respuestas estructuradas que informan al cliente sobre el estado de la suscripción y contadores de suscripciones activas para facilitar el diagnóstico y la supervisión.
Estrategia de asignación de memoria orientada al rendimiento. Diseñar el sistema de memoria fue uno de los retos más interesantes. Opté por una solución híbrida para equilibrar rendimiento y uso eficiente de memoria, combinando tres tipos de allocators según el patrón de uso.
KeyValueAllocator. Un allocator personalizado para el almacén clave valor principal, basado en un pool de memoria de tamaño fijo con una política simple de expulsión cuando se alcanza el límite de presupuesto. Esta estrategia permite mantener un consumo de memoria predecible en entornos de producción. Cuando el pool se agota, el sistema puede expulsar claves menos prioritarias para liberar espacio y aceptar nuevas entradas, lo que es útil en deployments con restricciones de memoria.
Arena allocator. Para asignaciones temporales y de corta vida, como el parsing de comandos o buffers transitorios, uso un arena allocator que simplemente avanza un puntero para nuevas asignaciones y resetea todo de golpe cuando la estructura deja de necesitarse. Esto es extremadamente rápido y evita la fragmentación asociada a malloc y free frecuentes.
Pools fijos. Para objetos con alta frecuencia de creación y destrucción, como conexiones de cliente o estructuras de sesión, empleo pools de tamaño fijo que reciclan instancias. Evitar la sobrecarga de asignación dinámica mejora la latencia y reduce la presión sobre el recolector de recursos.
Esta combinación permite a Zedis ser eficiente en memoria sin sacrificar rendimiento, una lección aplicable a proyectos de software empresarial y aplicaciones críticas.
Hoja de ruta y próximos pasos. Los planes para Zedis incluyen implementar AOF para durabilidad, añadir estructuras de datos adicionales como listas y sets, soporte para expiración de claves y capacidades de clustering. Estas funcionalidades convertirán a Zedis en una herramienta más completa y lista para entornos distribuidos.
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Conclusión. Crear un clon de Redis en Zig ha sido una experiencia educativa y útil para probar ideas de bajo nivel que escalan. El diseño de Pub/Sub y la estrategia de memoria muestran cómo decisiones arquitectónicas simples y bien pensadas pueden mejorar latencia, consumo y robustez. Si buscas desarrollar una solución a medida o necesitas asesoramiento sobre rendimiento, arquitectura de memoria o integración de IA y cloud, en Q2BSTUDIO estamos listos para colaborar y llevar tu producto al siguiente nivel.
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