Redis系列（五）：Redis的RESP协议详解

一、什么是RESP

　　Redis是Redis序列化协议，Redis客户端RESP协议与Redis服务器通信。Redis协议在以下几点之间做出了折衷：

• 简单的实现
• 快速地被计算机解析
• 简单得可以能被人工解析

二、RESP协议描述

　　RESP协议在Redis 1.2中引入，但在Redis 2.0中成为与Redis服务器通信的标准方式。这个通信方式就是Redis客户端实现的协议。RESP实际上是一个序列化协议，它支持以下数据类型:简单字符串、错误、整数、大容量字符串和数组。

　　1、RESP在Redis中用作请求-响应协议的方式如下:

• 客户端将命令以批量字符串的RESP数组的形式发送到Redis服务器，如下：

SET mykey myvalue
*3
$3
SET
$5
mykey
$7
myvalue

*3：SET mykey myvalue 这数组的长度
$3：表示下面的字符长度是3，这里是SET长度是
$5：表示下面的字符的长度是5，这里是mykey的长度
$7：表示下面的字符的长度是7，这里是myvalue的长度

• 服务器根据命令实现使用其中一种RESP类型进行响应

　　2、在RESP中，某些数据的类型取决于第一个字节:

• For Simple Strings the first byte of the reply is "+"   简单字符串回复的第一个字节将是“+”

　　比如：向服务器发送"set toby xu"命令，实际上服务器的返回是:"+OK\r\n"

• For Errors the first byte of the reply is "-"   错误消息，回复的第一个字节将是“-”

　　比如：向服务器发送"add toby xu"命令，实际上服务器的返回是:"-ERR unknown command `add`, with args beginning with: `toby`, `xu`,\r\n"

• For Integers the first byte of the reply is ":"  整型数字，回复的第一个字节将是“:”

　　比如：向服务器发送"incr count"命令，实际上服务器的返回是:":6\r\n"

• For Bulk Strings the first byte of the reply is "$"  批量回复，回复的第一个字节将是“$”

　　比如：向服务器发送"get toby"命令，实际上服务器的返回是:"$2\r\nxu\r\n"

• For Arrays the first byte of the reply is "*"  数组回复的第一个字节将是“*”

　　比如：向服务器发送"hgetall toby_h"命令，实际上服务器的返回是:"*4\r\n$4\r\njava\r\n$3\r\n100\r\n$3\r\nc++\r\n$2\r\n80\r\n"

 　　示例RedisServerReplyTest代码如下：

/**
 * @desc: 测试服务器返回
 * @author: toby
 * @date: 2019/12/5 23:07
 */
public class RedisServerReplyTest {
    public static void main(String[] args) {
        try(Socket socket = new Socket("192.168.160.146",6379);
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            InputStream is = socket.getInputStream()){
            os.write(assemblyCommandForArrays().getBytes());
            byte[] bytes=new byte[4096];
            is.read(bytes);
            System.out.println("服务器真实返回:" + new String(bytes));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * For Simple Strings the first byte of the reply is "+"
     * @return
     */
    private static String assemblyCommandForSimpleStrings() {
        StringBuilder sb=new StringBuilder();
        sb.append("*3").append("\r\n");
        sb.append("$").append("set".length()).append("\r\n");
        sb.append("set").append("\r\n");
        sb.append("$").append("toby".length()).append("\r\n");
        sb.append("toby").append("\r\n");
        sb.append("$").append("xu".length()).append("\r\n");
        sb.append("xu").append("\r\n");
        return sb.toString();
    }

    /**
     * For Errors the first byte of the reply is "-"
     * @return
     */
    private static String assemblyCommandForErrors() {
        StringBuilder sb=new StringBuilder();
        sb.append("*3").append("\r\n");
        sb.append("$").append("set".length()).append("\r\n");
        sb.append("add").append("\r\n");
        sb.append("$").append("toby".length()).append("\r\n");
        sb.append("toby").append("\r\n");
        sb.append("$").append("xu".length()).append("\r\n");
        sb.append("xu").append("\r\n");
        return sb.toString();
    }

    /**
     * For Integers the first byte of the reply is ":"
     * @return
     */
    private static String assemblyCommandForIntegers() {
        StringBuilder sb=new StringBuilder();
        sb.append("*2").append("\r\n");
        sb.append("$").append("incr".length()).append("\r\n");
        sb.append("incr").append("\r\n");
        sb.append("$").append("count".length()).append("\r\n");
        sb.append("count").append("\r\n");
        return sb.toString();
    }

    /**
     * For Bulk Strings the first byte of the reply is "$"
     * @return
     */
    private static String assemblyCommandForBulkStrings() {
        StringBuilder sb=new StringBuilder();
        sb.append("*2").append("\r\n");
        sb.append("$").append("get".length()).append("\r\n");
        sb.append("get").append("\r\n");
        sb.append("$").append("toby".length()).append("\r\n");
        sb.append("toby").append("\r\n");
        return sb.toString();
    }

    /**
     * For Arrays the first byte of the reply is "*"
     * @return
     */
    private static String assemblyCommandForArrays() {
        StringBuilder sb=new StringBuilder();
        sb.append("*2").append("\r\n");
        sb.append("$").append("hgetall".length()).append("\r\n");
        sb.append("hgetall").append("\r\n");
        sb.append("$").append("toby_h".length()).append("\r\n");
        sb.append("toby_h").append("\r\n");
        return sb.toString();
    }
}

 三、自定义简单的Redis Client

　　我们现在了解了Redis的RESP协议，并且知道网络层上Redis在TCP端口6379上监听到来的连接，客户端连接到来时，Redis服务器为此创建一个TCP连接。在客户端与服务器端之间传输的每个Redis命令或者数据都以\r\n结尾，那么接下来我们自定义一个简单的Client。 

　　（1）编解码器Coder：

/**
 * @desc: 编解码器
 * @author: toby
 * @date: 2019/12/6 19:33
 */
public class Coder {
    public static byte[] encode(final String str) {
        try {
            if (str == null) {
                throw new IllegalArgumentException("value sent to redis cannot be null");
            }
            return str.getBytes(RedisProtocol.CHARSET);
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static String decode(final byte[] data) {
        try {
            return new String(data, RedisProtocol.CHARSET);
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

　　（2）Redis协议RedisProtocol：

/**
 * @desc: Redis协议
 * @author: toby
 * @date: 2019/12/6 19:33
 */
public class RedisProtocol {

    public static final String CHARSET = "UTF-8";
    public static final byte DOLLAR_BYTE = '$';
    public static final byte ASTERISK_BYTE = '*';
    public static final byte PLUS_BYTE = '+';
    public static final byte MINUS_BYTE = '-';
    public static final byte COLON_BYTE = ':';
    public static final byte CR_BYTE = '\r';
    public static final byte LF_BYTE = '\n';

    /**
     * *3
     * $3
     * SET
     * $4
     * toby
     * $2
     * xu
     * @param os
     * @param command
     * @param args
     */
    public static void sendCommand(final OutputStream os, final Command command, final byte[]... args) {
        try {
            os.write(ASTERISK_BYTE);
            os.write(Coder.encode(String.valueOf(args.length + 1)));
            os.write(CR_BYTE);
            os.write(LF_BYTE);
            os.write(DOLLAR_BYTE);
            os.write(Coder.encode(String.valueOf(command.name().length())));
            os.write(CR_BYTE);
            os.write(LF_BYTE);
            os.write(Coder.encode(command.name()));
            os.write(CR_BYTE);
            os.write(LF_BYTE);
            for (final byte[] arg : args) {
                os.write(DOLLAR_BYTE);
                os.write(Coder.encode(String.valueOf(arg.length)));
                os.write(CR_BYTE);
                os.write(LF_BYTE);
                os.write(arg);
                os.write(CR_BYTE);
                os.write(LF_BYTE);
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public enum Command{
        SET, GET
    }

}

　　（3）自定义Client RedisClient：

/**
 * @desc: 自定义Client
 * @author: toby
 * @date: 2019/12/6 19:31
 */
public class RedisClient {
    private String host;
    private int port;

    public RedisClient(String host,int port){
        this.host = host;
        this.port = port;
    }

    public String set(String key,String value){
        try (Socket socket = new Socket(this.host,this.port);
             InputStream is = socket.getInputStream();
             OutputStream os = socket.getOutputStream()){
            RedisProtocol.sendCommand(os,RedisProtocol.Command.SET,Coder.encode(key),Coder.encode(value));
            return getReply(is);
        }catch (Exception e) {
            return e.getMessage();
        }
    }

    public String get(String key){
        try (Socket socket = new Socket(this.host,this.port);
             InputStream is = socket.getInputStream();
             OutputStream os = socket.getOutputStream()){
            RedisProtocol.sendCommand(os,RedisProtocol.Command.GET,Coder.encode(key));
            return getReply(is);
        }catch (Exception e) {
            return e.getMessage();
        }
    }

    private String getReply(InputStream is){
        try {
            byte[] bytes = new byte[4096];
            is.read(bytes);
            return Coder.decode(bytes);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

}

　　（4）Redis Client 测试 RedisClientTest：

/**
 * @desc: Redis Client 测试
 * @author: toby
 * @date: 2019/12/6 19:35
 */
public class RedisClientTest {
    public static void main(String[] args) {
        RedisClient client = new RedisClient("192.168.160.146",6379);
        System.out.println(client.set("toby_2","xu_2"));
        System.out.println(client.get("toby_2"));
    }
}

　　运行结果如下：

 　　至此自定义的简单的Redis Client完成！！！！！！

四、总结

　　通过本章的学习，了解了什么是Redis的RESP协议？Redis协议几个特点：简单的实现；快速地被计算机解析；简单得可以能被人工解析。有了协议，我们就可以通过自定义的Client想Redis服务端发起请求，从而进行操作Redis。对后面理解Redis客户端Jedis的实现原理有很大的帮助。