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墨滴

hydra

2021/06/22  阅读:124  主题:默认主题

Redis:我是如何与客户端进行通信的

江湖上说,天下武功,无坚不摧,唯快不破,这句话简直是为我量身定制。

我是一个Redis服务,最引以为傲的就是我的速度,我的 QPS 能达到10万级别。

在我的手下有数不清的小弟,他们会时不时到我这来存放或者取走一些数据,我管他们叫做客户端,还给他们起了英文名叫 Redis-client。

有时候一个小弟会来的非常频繁,有时候一堆小弟会同时过来,但是,即使再多的小弟我也能管理的井井有条。

有一天,小弟们问我。

想当年,为了不让小弟们拖垮我傲人的速度,在设计和他们的通信协议时,我绞尽脑汁,制定了下面的三条原则:

  • 实现简单
  • 针对计算机来说,解析速度快
  • 针对人类来说,可读性强

为什么这么设计呢?先来看看一条指令发出的过程,首先在客户端需要对指令操作进行封装,使用网络进行传输,最后在服务端进行相应的解析、执行。

这一过程如果设计成一种非常复杂的协议,那么封装、解析、传输的过程都将非常耗时,无疑会降低我的速度。什么,你问我为什么要遵循最后一条规则?算是对于程序员们的馈赠吧,我真是太善良了。

我把创造出来的这种协议称为 RESP (REdis Serialization Protocol)协议,它工作在 TCP 协议的上层,作为我和客户端之间进行通讯的标准形式。

说到这,我已经有点迫不及待想让你们看看我设计出来的杰作了,但我好歹也是个大哥,得摆点架子,不能我主动拿来给你们看。

所以我建议你直接使用客户端发出一条向服务器的命令,然后取出这条命令对应的报文来直观的看一下。话虽如此,不过我已经被封装的很严实了,正常情况下你是看不到我内部进行通讯的具体报文的,所以,你可以伪装成一个Redis的服务端,来截获小弟们发给我的消息。

实现起来也很简单,我和小弟之间是基于 Socket 进行通讯,所以在本地先启动一个ServerSocket,用来监听Redis服务的6379端口:

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));
    }
}

然后启动redis-cli客户端,发送一条命令:

set key1 value1

这时,伪装的服务端就会收到报文了,在控制台打印了:

*3
$3
set
$4
key1
$6
value1

看到这里,隐隐约约看到了刚才输入的几个关键字,但是还有一些其他的字符,要怎么解释呢,是时候让我对协议报文中的格式进行一下揭秘了。

我对小弟们说了,对大哥说话的时候得按规矩来,这样吧,你们在请求的时候要遵循下面的规则:

*<参数数量> CRLF
$<参数1的字节长度> CRLF
<参数1的数据> CRLF
$<参数2的字节长度> CRLF
<参数2的数据> CRLF
...
$<参数N的字节长度> CRLF
<参数N的数据> CRLF

首先解释一下每行末尾的CRLF,转换成程序语言就是\r\n,也就是回车加换行。看到这里,你也就能够明白为什么控制台打印出的指令是竖向排列了吧。

在命令的解析过程中,setkey1value1会被认为是3个参数,因此参数数量为3,对应第一行的*3

第一个参数set,长度为3对应$3;第二个参数key1,长度为4对应$4;第三个参数value1,长度为6对应$6。在每个参数长度的下一行对应真正的参数数据。

看到这,一条指令被转换为协议报文的过程是不是就很好理解了?

当小弟对我发送完请求后,作为大哥,我就要对小弟的请求进行指令回复了,而且我得根据回复内容进行一下分类,要不然小弟该搞不清我的指示了。

简单字符串

简单字符串回复只有一行回复,回复的内容以+作为开头,不允许换行,并以\r\n结束。有很多指令在执行成功后只会回复一个OK,使用的就是这种格式,能够有效的将传输、解析的开销降到最低。

错误回复

在RESP协议中,错误回复可以当做简单字符串回复的变种形式,它们之间的格式也非常类似,区别只有第一个字符是以-作为开头,错误回复的内容通常是错误类型及对错误描述的字符串。

错误回复出现在一些异常的场景,例如当发送了错误的指令、操作数的数量不对时,都会进行错误回复。在客户端收到错误回复后,会将它与简单字符串回复进行区分,视为异常。

整数回复

整数回复的应用也非常广泛,它以:作为开头,以\r\n结束,用于返回一个整数。例如当执行incr后返回自增后的值,执行llen返回数组的长度,或者使用exists命令返回的0或1作为判断一个key是否存在的依据,这些都使用了整数回复。

批量回复

批量回复,就是多行字符串的回复。它以$作为开头,后面是发送的字节长度,然后是\r\n,然后发送实际的数据,最终以\r\n结束。如果要回复的数据不存在,那么回复长度为-1。

多条批量回复

当服务端要返回多个值时,例如返回一些元素的集合时,就会使用多条批量回复。它以*作为开头,后面是返回元素的个数,之后再跟随多个上面讲到过的批量回复。

到这里,基本上我和小弟之间的通讯协议就介绍完了。刚才你尝试了伪装成一个服务端,这会再来试一试直接写一个客户端来直接和我进行交互吧。

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);
            }
        }
    }
}

运行上面的代码,控制台输出:

Recv:+OK

上面模仿了客户端发出set命令的过程,并收到了回复。依此类推,你也可以自己封装其他的命令,来实现一个自己的Redis客户端来和我进行通信。

不过记住,要叫我大哥。

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