Redis原理篇—通信协议

Redis原理篇—通信协议

笔记整理自 b站_黑马程序员Redis入门到实战教程

RESP协议

Redis 是一个 CS 架构的软件,通信一般分两步(不包括 pipeline 和 PubSub):

  • 客户端(client)向服务端(server)发送一条命令
  • 服务端解析并执行命令,返回响应结果给客户端

因此客户端发送命令的格式、服务端响应结果的格式必须有一个规范,这个规范就是通信协议

而在 Redis 中采用的是 RESP(Redis Serialization Protocol)协议:

  • Redis 1.2 版本引入了 RESP 协议
  • Redis 2.0 版本中成为与 Redis 服务端通信的标准,称为 RESP2
  • Redis 6.0 版本中,从 RESP2 升级到了 RESP3 协议,增加了更多数据类型并且支持 6.0 的新特性–客户端缓存

但目前,默认使用的依然是 RESP2 协议,也是我们要学习的协议版本(以下简称 RESP)。

在 RESP 中,通过首字节的字符来区分不同数据类型,常用的数据类型包括 5 种:

  • 单行字符串:首字节是‘+’,后面跟上单行字符串,以 CRLF("\r\n")结尾。例如返回"OK""+OK\r\n"

  • 错误(Errors):首字节是‘-’,与单行字符串格式一样,只是字符串是异常信息,例如:"-Error message\r\n"

  • 数值:首字节是‘:’,后面跟上数字格式的字符串,以 CRLF 结尾。例如:":10\r\n"

  • 多行字符串:首字节是‘$’,表示二进制安全的字符串,最大支持 512MB:

    • 如果大小为 0,则代表空字符串:"$0\r\n\r\n"
    • 如果大小为 -1,则代表不存在:"$-1\r\n"
      Redis原理篇—通信协议_第1张图片
  • 数组:首字节是‘*’,后面跟上数组元素个数,再跟上元素,元素数据类型不限:
    Redis原理篇—通信协议_第2张图片

基于Socket自定义Redis的客户端

Redis 支持 TCP 通信,因此我们可以使用 Socket 来模拟客户端,与 Redis 服务端建立连接:

public class Main {

    static Socket s;
    static PrintWriter writer;
    static BufferedReader reader;

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 1.建立连接
            String host = "192.168.150.101";
            int port = 6379;
            s = new Socket(host, port);
            // 2.获取输出流、输入流
            writer = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8));
            reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8));

            // 3.发出请求
            // 3.1.获取授权 auth 123321
            sendRequest("auth", "123321");
            Object obj = handleResponse();
            System.out.println("obj = " + obj);

            // 3.2.set name 虎哥
            sendRequest("set", "name", "虎哥");
            // 4.解析响应
            obj = handleResponse();
            System.out.println("obj = " + obj);

            // 3.2.set name 虎哥
            sendRequest("get", "name");
            // 4.解析响应
            obj = handleResponse();
            System.out.println("obj = " + obj);

            // 3.2.set name 虎哥
            sendRequest("mget", "name", "num", "msg");
            // 4.解析响应
            obj = handleResponse();
            System.out.println("obj = " + obj);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 5.释放连接
            try {
                if (reader != null) reader.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (writer != null) writer.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (s != null) s.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private static Object handleResponse() throws IOException {
        // 读取首字节
        int prefix = reader.read();
        // 判断数据类型标识
        switch (prefix) {
            case '+': // 单行字符串,直接读一行
                return reader.readLine();
            case '-': // 异常,也读一行
                throw new RuntimeException(reader.readLine());
            case ':': // 数字
                return Long.parseLong(reader.readLine());
            case '$': // 多行字符串
                // 先读长度
                int len = Integer.parseInt(reader.readLine());
                if (len == -1) {
                    return null;
                }
                if (len == 0) {
                    return "";
                }
                // 再读数据,读len个字节。我们假设没有特殊字符,所以读一行(简化)
                return reader.readLine();
            case '*':
                return readBulkString();
            default:
                throw new RuntimeException("错误的数据格式!");
        }
    }

    // 读数组
    private static Object readBulkString() throws IOException {
        // 获取数组大小
        int len = Integer.parseInt(reader.readLine());
        if (len <= 0) {
            return null;
        }
        // 定义集合,接收多个元素
        List<Object> list = new ArrayList<>(len);
        // 遍历,依次读取每个元素
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            list.add(handleResponse());
        }
        return list;
    }

    // set name 虎哥
    private static void sendRequest(String ... args) {
        writer.println("*" + args.length);
        for (String arg : args) {
            writer.println("$" + arg.getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length);
            writer.println(arg);
        }
        writer.flush();
    }
}

最终,我们测试发送请求和接收响应:

Redis原理篇—通信协议_第3张图片

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