Redis：我是如何與客戶端進行通訊的

碼農參上發表於2021-06-22
Redis客戶端

江湖上說，天下武功，無堅不摧，唯快不破，這句話簡直是為我量身定製。

我是一個Redis服務，最引以為傲的就是我的速度，我的 QPS 能達到10萬級別。

在我的手下有數不清的小弟，他們會時不時到我這來存放或者取走一些資料，我管他們叫做客戶端，還給他們起了英文名叫 Redis-client。

有時候一個小弟會來的非常頻繁，有時候一堆小弟會同時過來，但是，即使再多的小弟我也能管理的井井有條。

有一天，小弟們問我。

想當年，為了不讓小弟們拖垮我傲人的速度，在設計和他們的通訊協議時，我絞盡腦汁，制定了下面的三條原則：

  • 實現簡單
  • 針對計算機來說，解析速度快
  • 針對人類來說，可讀性強

為什麼這麼設計呢？先來看看一條指令發出的過程，首先在客戶端需要對指令操作進行封裝，使用網路進行傳輸，最後在服務端進行相應的解析、執行。

這一過程如果設計成一種非常複雜的協議，那麼封裝、解析、傳輸的過程都將非常耗時，無疑會降低我的速度。什麼，你問我為什麼要遵循最後一條規則？算是對於程式設計師們的饋贈吧，我真是太善良了。

我把創造出來的這種協議稱為 RESP (REdis Serialization Protocol)協議，它工作在 TCP 協議的上層，作為我和客戶端之間進行通訊的標準形式。

說到這，我已經有點迫不及待想讓你們看看我設計出來的傑作了，但我好歹也是個大哥，得擺點架子，不能我主動拿來給你們看。

所以我建議你直接使用客戶端發出一條向伺服器的命令，然後取出這條命令對應的報文來直觀的看一下。話雖如此，不過我已經被封裝的很嚴實了，正常情況下你是看不到我內部進行通訊的具體報文的，所以，你可以偽裝成一個Redis的服務端，來截獲小弟們發給我的訊息。

實現起來也很簡單，我和小弟之間是基於 Socket 進行通訊，所以在本地先啟動一個ServerSocket，用來監聽Redis服務的6379埠：

public static void server() throws IOException {
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6379);
    Socket socket = serverSocket.accept();
    byte[] bytes = new byte[1024];
    InputStream input = socket.getInputStream();
    while(input.read(bytes)!=0){
        System.out.println(new String(bytes));
    }
}

然後啟動redis-cli客戶端，傳送一條命令：

set key1 value1

這時，偽裝的服務端就會收到報文了，在控制檯列印了：

*3
$3
set
$4
key1
$6
value1

看到這裡，隱隱約約看到了剛才輸入的幾個關鍵字，但是還有一些其他的字元，要怎麼解釋呢，是時候讓我對協議報文中的格式進行一下揭祕了。

我對小弟們說了，對大哥說話的時候得按規矩來，這樣吧，你們在請求的時候要遵循下面的規則：

*<引數數量> CRLF
$<引數1的位元組長度> CRLF
<引數1的資料> CRLF
$<引數2的位元組長度> CRLF
<引數2的資料> CRLF
...
$<引數N的位元組長度> CRLF
<引數N的資料> CRLF

首先解釋一下每行末尾的CRLF，轉換成程式語言就是\r\n，也就是回車加換行。看到這裡，你也就能夠明白為什麼控制檯列印出的指令是豎向排列了吧。

在命令的解析過程中，set、key1、value1會被認為是3個引數，因此引數數量為3，對應第一行的*3。

第一個引數set，長度為3對應$3；第二個引數key1，長度為4對應$4；第三個引數value1，長度為6對應$6。在每個引數長度的下一行對應真正的引數資料。

看到這，一條指令被轉換為協議報文的過程是不是就很好理解了？

當小弟對我傳送完請求後，作為大哥，我就要對小弟的請求進行指令回覆了，而且我得根據回覆內容進行一下分類，要不然小弟該搞不清我的指示了。

簡單字串

簡單字串回覆只有一行回覆，回覆的內容以+作為開頭，不允許換行，並以\r\n結束。有很多指令在執行成功後只會回覆一個OK，使用的就是這種格式，能夠有效的將傳輸、解析的開銷降到最低。

錯誤回覆

在RESP協議中，錯誤回覆可以當做簡單字串回覆的變種形式，它們之間的格式也非常類似，區別只有第一個字元是以-作為開頭，錯誤回覆的內容通常是錯誤型別及對錯誤描述的字串。

錯誤回覆出現在一些異常的場景，例如當傳送了錯誤的指令、運算元的數量不對時，都會進行錯誤回覆。在客戶端收到錯誤回覆後，會將它與簡單字串回覆進行區分，視為異常。

整數回覆

整數回覆的應用也非常廣泛，它以:作為開頭，以\r\n結束，用於返回一個整數。例如當執行incr後返回自增後的值，執行llen返回陣列的長度，或者使用exists命令返回的0或1作為判斷一個key是否存在的依據，這些都使用了整數回覆。

批量回復

批量回復，就是多行字串的回覆。它以$作為開頭，後面是傳送的位元組長度，然後是\r\n，然後傳送實際的資料，最終以\r\n結束。如果要回復的資料不存在，那麼回覆長度為-1。

多條批量回復

當服務端要返回多個值時，例如返回一些元素的集合時，就會使用多條批量回復。它以*作為開頭，後面是返回元素的個數，之後再跟隨多個上面講到過的批量回復。

到這裡，基本上我和小弟之間的通訊協議就介紹完了。剛才你嘗試了偽裝成一個服務端，這會再來試一試直接寫一個客戶端來直接和我進行互動吧。

private static void client() throws IOException {
    String CRLF="\r\n";

    Socket socket=new Socket("localhost", 6379);
    try (OutputStream out = socket.getOutputStream()) {
        StringBuffer sb=new StringBuffer();
        sb.append("*3").append(CRLF)
                .append("$3").append(CRLF).append("set").append(CRLF)
                .append("$4").append(CRLF).append("key1").append(CRLF)
                .append("$6").append(CRLF).append("value1").append(CRLF);
        out.write(sb.toString().getBytes());
        out.flush();

        try (InputStream inputStream = socket.getInputStream()) {
            byte[] buff = new byte[1024];
            int len = inputStream.read(buff);
            if (len > 0) {
                String ret = new String(buff, 0, len);
                System.out.println("Recv:" + ret);
            }
        }
    }
}

執行上面的程式碼，控制檯輸出：

Recv:+OK

上面模仿了客戶端發出set命令的過程，並收到了回覆。依此類推，你也可以自己封裝其他的命令，來實現一個自己的Redis客戶端來和我進行通訊。

不過記住，要叫我大哥。

最後

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