用Netty解析Redis网络协议

用Netty解析Redis网络协议

根据Redis官方文档的介绍，学习了一下Redis网络通信协议。然后偶然在GitHub上发现了个用Netty实现的Redis服务器，很有趣，于是就动手实现了一下！

1.RESP协议

Redis的客户端与服务端采用一种叫做 RESP(REdis Serialization Protocol)的网络通信协议交换数据。RESP的设计权衡了实现简单、解析快速、人类可读这三个因素。Redis客户端通过RESP序列化整数、字符串、数据等数据类型，发送字符串数组表示参数的命令到服务端。服务端根据不同的请求命令响应不同的数据类型。除了管道和订阅外，Redis客户端和服务端都是以这种简单的请求-响应模型通信的。

具体来看，RESP支持五种数据类型。以”*”消息头标识总长度，消息内部还可能有”$”标识字符串长度，每行以\r\n结束：

• 简单字符串(Simple String)：以”+”开头，表示正确的状态信息，”+”后就是具体信息。许多Redis命令使用简单字符串作为成功的响应，例如”+OK\r\n”。但简单字符串因为不像Bulk String那样有长度信息，而只能靠\r\n确定是否结束，所以 Simple String不是二进制安全的，即字符串里不能包含\r\n。
• 错误(Error)：以”-“开头，表示错误的状态信息，”-“后就是具体信息。
• 整数(Integer)：以”:”开头，像SETNX, DEL, EXISTS, INCR, INCRBY, DECR, DECRBY, DBSIZE, LASTSAVE, RENAMENX, MOVE, LLEN, SADD, SREM, SISMEMBER, SCARD都返回整数。
• 批量字符串(Bulk String)：以”$”开头，表示下一行的字符串长度，具体字符串在下一行中，字符串最大能达到512MB。”$-1\r\n”叫做Null Bulk String，表示没有数据存在。
• 数组(Array)：以”*”开头，表示消息体总共有多少行（不包括当前行），”*”是具体行数。客户端用RESP数组表示命令发送到服务端，反过来服务端也可以用RESP数组返回数据的集合给客户端。数组可以是混合数据类型，例如一个整数加一个字符串”*2\r\n:1\r\n$6\r\nfoobar\r\n”。另外，嵌套数组也是可以的。

例如，观察下面命令对应的RESP，这一组set/get也正是我们要在Netty里实现的：

set name helloworld
->
*3\r\n
$3\r\n
set\r\n
$4\r\n
name\r\n
$10\r\n
helloworld\r\n
<-
:1\r\n

get name
->
*2\r\n
$3\r\n
get\r\n
$4\r\n
name\r\n
<-
$10\r\n
helloworld\r\n

set name abc111
->
*3\r\n
$3\r\n
set\r\n
$4\r\n
name\r\n
$6\r\n
abc111\r\n
<-
:0\r\n

get age
->
*2\r\n
$3\r\n
get\r\n
$3\r\n
age\r\n
<-
:-1\r\n

2.用Netty解析协议

下面就用高性能的网络通信框架Netty实现一个简单的Redis服务器后端，解析set和get命令，并保存键值对。

2.1 Netty版本

Netty版本，5.0还处于alpha，使用Final版里最新的。但即便是4.0.25.Final竟然也跟4.0的前几个版本有些不同，网上一些例子中用的API根本就找不到了。Netty的API改得有点太“任性”了吧？:)

        <dependency>
            <groupId>io.nettygroupId>
            <artifactId>netty-allartifactId>
            <version>4.0.25.Finalversion>
        dependency>

2.2 启动服务

Netty服务器启动代码，这套代码应该是Netty 4里的标准模板了，具体细节就不在本文赘述了。主要关注我们注册的几个Handler。Netty中Handler分为Inbound和Outbound，RedisCommandDecoder和RedisCommandHandler是Inbound，RedisCommandDecoder是Outbound：

• RedisCommandDecoder：解析Redis协议，将字节数组转为Command对象。
• RedisReplyEncoder：将响应写入到输出流中，返回给客户端。
• RedisCommandHandler：执行Command中的命令。

public class Main {
       

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Main().start(6379);
    }

    public void start(int port) throws Exception {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap()
                    .group(group)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .localAddress(port)
                    .childHandler(new ChannelInitializer() {
                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline()
                                    .addLast(new RedisCommandDecoder())
                                    .addLast(new RedisReplyEncoder())
                                    .addLast(new RedisCommandHandler());
                        }
                    });

            // Bind and start to accept incoming connections.
            ChannelFuture f = b.bind(port).sync();

            // Wait until the server socket is closed.
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            // Shutdown the EventLoopGroup, which releases all resources.
            group.shutdownGracefully();
        }
    }

}

2.3 协议解析

RedisCommandDecoder开始时cmds是null，进入doDecodeNumOfArgs先解析出命令和参数的个数，并初始化cmds。之后就会进入doDecodeArgs逐一解析命令名和参数了。当最后完成时，会根据解析结果创建出RedisCommand对象，并加入到out列表里。这样下一个handler就能继续处理了。

public class RedisCommandDecoder extends ReplayingDecoder<Void> {
       

    /** Decoded command and arguments */
    private byte[][] cmds;

    /** Current argument */
    private int arg;

    /** Decode in block-io style, rather than nio. */
    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List