图解 | Redis 是如何与客户端进行交谈的？

水深无声 2022-10-09 15:29 24阅读 0赞

**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。

在我的手下几个小弟，他们疯狂地到我这来存取数据，我管他们叫做客户端，英文名叫 Redis-client。

有一天，小弟们问我。

![e1e60081dc7257a9e720c5295f4b78f4.png][]

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：

*  **实现一定要简单**
 *  **对计算机来说，解析速度快**
 *  **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：

![7b1565318461a92735f3a7512bb463f9.gif][]

如果协议很复杂，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。

当然，这个协议是属于应用层的，我把它称为 RESP (`REdis Serialization Protocol`)。

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。

怎么取出报文呢？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，你可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，这是怎么回事？

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，`set`、`key1`、`value1`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？

![eac901340585b1b3d10bc731852eb7d4.gif][]

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。

![d23210e0fdfd6341e205d776d0064118.png][]

#### **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。

![7355f67f27d11363dc211a9b9e419c7d.png][]

#### **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。

![2d288225db14a353216290e39b9e6f13.png][]

#### **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。

![98a76667d90cbc9018709d4c90f5e220.png][]

#### **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。

![b66f2c39604ca128c6bb54280f541a30.png][]

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，作为小弟，来和我进行通信。

不过记住，要叫我大哥。

（完）

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