【死磕 Redis】—– Redis 通信协议 RESP

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原文出处:Java 技术驿站chenssy


我们在第一次成功安装完 Redis ,启动 Redis 服务后,都会通过 ping 命令来测试 Redis 服务是否启动成功,如果服务启动成功则会响应 PONG,否则启动失败。这么一个简单的过程就完成了 Redis 客户端 - 服务端的一次交互。

我们知道,Redis 客户端与服务端是通过命令的方式来完成交互过程的,主要分为两个部分:网络模型和序列化协议。前者讨论的是数据交互的组织方式,后者讨论的是数据如何序列化。本篇文章将分析后者即,Redis 的序列化协议。

简介

Redis 的通信协议是 Redis Serialization Protocol,翻译为 Redis 序列化协议,简称 RESP。它具有如下特征:

  • 在 TCP 层
  • 是二进制安全的
  • 基于请求 - 响应模式
  • 简单、易懂(人都可以看懂)

RESP 所描述的是 Redis 客户端 - 服务端的交互方式,掌握了其原理我们基本上就可以撸一个简单的 Redis 客户端了。

RESP 描述

Redis 协议将传输的结构数据分为 5 种类型,单元结束时统一加上回车换行符号 \r\n

  • 单行字符串,第一个字节为 +
  • 错误消息,第一个字节为 -
  • 整型数字,第一个字节为 :,后跟整数的字符串
  • 多行字符串,第一个字节为 $,后跟字符串的长度
  • 数组,第一个字节为 *,后跟跟着数组的长度

单行字符串 chenssy

+chenssy

错误消息

-ERR unknown command 'sets'....

整型字符串 29

:29

多行字符串 chenssy

$7 chenssy

数组[chenssy,29]

*2 $7 chenssy $2 29

为了更加直观的阅读,将 \r\n 替换为换行

请求命令

Redis 对每一条请求命令都做了统一规范,格式如下:

*<number of arguments> CR LF
$<number of bytes of argument 1> CR LF
<argument data> CR LF
...
$<number of bytes of argument N> CR LF
<argument data> CR LF

翻译如下:

  • number of arguments : 参数的数量
  • CR LF:\r\n
  • number of bytes of argument 1:参数 1 的字节数
  • number of bytes of argument N:参数 N 的字节数

以命令 set userName chenssy 为例,如下:

*3
$3
SET
$8
userName
$7
chenssy

解释:

*3 数组,表明有三个参数 SET、userName、chenssy
$3 多行字符串,第一个参数 SET ,有 3 个字符
$8 多行字符串,第二个参数 userName,有 8 个字符
$7 多行字符串,第三个参数 chenssy,有 7 个字符

上面只是格式化显示的结果,真正传输的结果如下:

*3\r\n$3\r\nSET\r\n$8\r\nuserName\r\n$7\r\nchenssy\r\n

回复命令

Redis 服务端响应要支持多种数据格式,所以回复命令一般都会显得复杂些,但是无论如何它都逃脱不了上面 5 中类型及其组合。

我们通过 nc 命令来模拟整个过程,图如下:

单行字符串

set name chenssy +OK

当行字符串响应一般都用于状态类的请求,比如 set、del、hset 等等诸如此类的

错误消息

sets birthday 02-30 -ERR unknown command 'sets'....

因为没有 sets 这个命令,所以回复错误信息

整数型

incrby age 29 :58

多行字符串

get name $7 chenssy

返回的 value chenssy 有 7 个字符,所以类型为 $7

数组类型

mget name age *2 $7 chenssy $2 58

通过 mget 获取 name 和 age 的值,因为结果要返回两个结果集,所以 *2 表示返回的结果类型为数组且有两个元素,$7$2 就不过多解释了。

lrange listkey 0 -1 *4 $8 chenssy3 $8 chenssy2 $8 chenssy1 $7 chenssy

lrange 命令是获取列表(list)中的数据的,返回结果依然是以数组方式组合起来的,和 mget 命令返回的结果集一致。

其他的就不再演示了。

从上面我们可以看出 RESP 协议是非常简单直观的一种协议,我们肉眼都可以看懂,而且数据结构类型也只有少少的 5 中,所以实现起来就变得很简单了,下面我们就手撸一个简单的客户端。

撸一个简单的客户端

撸一个简易的 Redis 客户端其实是比较容易的,我们只需要清楚知道客户端与 Redis 之间的通信协议是 RESP,在构造 Redis 命令的时候,只需要按照 RESP 的协议规范即可。客户端与 Redis 服务端通信采用最简单的 socket 就行了。

实现效果:从控制台输入简单的 Redis 命令,程序根据命令构造 RESP 协议,发送给 Redis 服务,根据分析响应结果并显示。源码如下:

public class RedisClient {

    private static Socket socket;
    private static OutputStream write;
    private static InputStream read;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        socket = new Socket("127.0.0.1",6379);
        write = socket.getOutputStream();
        read = socket.getInputStream();

        Scanner scan = new Scanner(System.in);

        // 判断是否还有输入
        while (scan.hasNextLine()) {
            String str = scan.nextLine();

            // 构造协议
            String commannd = buildCommand(str);

            System.out.println("发送命令为:\r\n" + commannd);

            String result = sendCommand(commannd);

            System.out.println("响应命令为:" + result);
        }

        scan.close();
    }

    private static String sendCommand(String commannd) throws IOException {
        write.write(commannd.toString().getBytes());
        byte[] bytes = new byte[1024];
        read.read(bytes);

        return new String(bytes,"UTF-8");
    }

    private static String buildCommand(String str) {
        if (str != null && !"".equals(str)) {
            String[] strs = str.split(" ");

            StringBuilder builder = new StringBuilder();
            builder.append("*").append(strs.length).append("\r\n");
            for (String str1 : strs) {
                builder.append("$").append(str1.length()).append("\r\n");
                builder.append(str1).append("\r\n");
            }

            return builder.toString();
        }

        return null;
    }

}

运行结果:

set name chenssy
发送命令为:
*3
$3
set
$4
name
$7
chenssy

响应命令为:+OK

get name
发送命令为:
*2
$3
get
$4
name

响应命令为:$7
chenssy
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