用 Go 来了解一下 Redis 通讯协议

Go、PHP、Java… 都有那么多包来支撑你使用 Redis，那你是否有想过

有了服务端，有了客户端，他们俩是怎样通讯，又是基于什么通讯协议做出交互的呢？

介绍

基于我们的目的，本文主要讲解和实践 Redis 的通讯协议

Redis 的客户端和服务端是通过 TCP 连接来进行数据交互， 服务器默认的端口号为 6379

客户端和服务器发送的命令或数据一律以 \r\n （CRLF）结尾（这是一条约定）

协议

在 Redis 中分为请求和回复，而请求协议又分为新版和旧版，新版统一请求协议在 Redis 1.2 版本中引入，最终在 Redis 2.0 版本成为 Redis 服务器通信的标准方式

本文是基于新版协议来实现功能，不建议使用旧版（1.2 挺老旧了）。如下是新协议的各种范例：

请求协议

1、 格式示例

  1. *<参数数量> CR LF
  2. $<参数 1 的字节数量> CR LF
  3. <参数 1 的数据> CR LF
  4. ...
  5. $<参数 N 的字节数量> CR LF
  6. <参数 N 的数据> CR LF

在该协议下所有发送至 Redis 服务器的参数都是二进制安全（binary safe）的

2、打印示例

  1. *3
  2. $3
  3. SET
  4. $5
  5. mykey
  6. $7
  7. myvalue

3、实际协议值

  1. "*3\r\n$3\r\nSET\r\n$5\r\nmykey\r\n$7\r\nmyvalue\r\n"

这就是 Redis 的请求协议规范，按照范例1编写客户端逻辑，最终发送的是范例3，相信你已经有大致的概念了，Redis 的协议非常的简洁易懂，这也是好上手的原因之一，你可以想想协议这么定义的好处在哪？

回复

Redis 会根据你请求协议的不同（执行的命令结果也不同），返回多种不同类型的回复。在这个回复“协议”中，可以通过检查第一个字节，确定这个回复是什么类型，如下：

  • 状态回复（status reply）的第一个字节是 “+”
  • 错误回复（error reply）的第一个字节是 “-“
  • 整数回复（integer reply）的第一个字节是 “:”
  • 批量回复（bulk reply）的第一个字节是 “$”
  • 多条批量回复（multi bulk reply）的第一个字节是 “*”

有了回复的头部标识，结尾的 CRLF，你可以大致猜想出回复“协议”是怎么样的，但是实践才能得出真理，斎知道怕是你很快就忘记了 ?

实践

与 Redis 服务器交互

  1. package main
  3. import (
  4.     "log"
  5.     "net"
  6.     "os"
  8.     "github.com/EDDYCJY/redis-protocol-example/protocol"
  9. )
  11. const (
  12.     Address = "127.0.0.1:6379"
  13.     Network = "tcp"
  14. )
  16. func Conn(network, address string) (net.Conn, error) {
  17.     conn, err := net.Dial(network, address)
  18.     if err != nil {
  19.         return nil, err
  20.     }
  22.     return conn, nil
  23. }
  25. func main() {
  26.         // 读取入参
  27.     args := os.Args[1:]
  28.     if len(args) <= 0 {
  29.         log.Fatalf("Os.Args <= 0")
  30.     }
  32.         // 获取请求协议
  33.     reqCommand := protocol.GetRequest(args)
  35.     // 连接 Redis 服务器
  36.     redisConn, err := Conn(Network, Address)
  37.     if err != nil {
  38.         log.Fatalf("Conn err: %v", err)
  39.     }
  40.     defer redisConn.Close()
  42.         // 写入请求内容
  43.     _, err = redisConn.Write(reqCommand)
  44.     if err != nil {
  45.         log.Fatalf("Conn Write err: %v", err)
  46.     }
  48.         // 读取回复
  49.     command := make([]byte, 1024)
  50.     n, err := redisConn.Read(command)
  51.     if err != nil {
  52.         log.Fatalf("Conn Read err: %v", err)
  53.     }
  55.         // 处理回复
  56.     reply, err := protocol.GetReply(command[:n])
  57.     if err != nil {
  58.         log.Fatalf("protocol.GetReply err: %v", err)
  59.     }
  61.         // 处理后的回复内容
  62.     log.Printf("Reply: %v", reply)
  63.     // 原始的回复内容
  64.     log.Printf("Command: %v", string(command[:n]))
  65. }

在这里我们完成了整个 Redis 客户端和服务端交互的流程，分别如下：

1、读取命令行参数：获取执行的 Redis 命令

2、获取请求协议参数

3、连接 Redis 服务器，获取连接句柄

4、将请求协议参数写入连接：发送请求的命令行参数

5、从连接中读取返回的数据：读取先前请求的回复数据

6、根据回复“协议”内容，处理回复的数据集

7、输出处理后的回复内容及原始回复内容

请求

  1. func GetRequest(args []string) []byte {
  2.     req := []string{
  3.         "*" + strconv.Itoa(len(args)),
  4.     }
  6.     for _, arg := range args {
  7.         req = append(req, "$"+strconv.Itoa(len(arg)))
  8.         req = append(req, arg)
  9.     }
  11.     str := strings.Join(req, "\r\n")
  12.     return []byte(str + "\r\n")
  13. }

通过对 Redis 的请求协议的分析，可得出它的规律，先加上标志位，计算参数总数量，再循环合并各个参数的字节数量、值就可以了

回复

  1. func GetReply(reply []byte) (interface{}, error) {
  2.     replyType := reply[0]
  3.     switch replyType {
  4.     case StatusReply:
  5.         return doStatusReply(reply[1:])
  6.     case ErrorReply:
  7.         return doErrorReply(reply[1:])
  8.     case IntegerReply:
  9.         return doIntegerReply(reply[1:])
  10.     case BulkReply:
  11.         return doBulkReply(reply[1:])
  12.     case MultiBulkReply:
  13.         return doMultiBulkReply(reply[1:])
  14.     default:
  15.         return nil, nil
  16.     }
  17. }
  19. func doStatusReply(reply []byte) (string, error) {
  20.     if len(reply) == 3 && reply[1] == 'O' && reply[2] == 'K' {
  21.         return OkReply, nil
  22.     }
  24.     if len(reply) == 5 && reply[1] == 'P' && reply[2] == 'O' && reply[3] == 'N' && reply[4] == 'G' {
  25.         return PongReply, nil
  26.     }
  28.     return string(reply), nil
  29. }
  31. func doErrorReply(reply []byte) (string, error) {
  32.     return string(reply), nil
  33. }
  35. func doIntegerReply(reply []byte) (int, error) {
  36.     pos := getFlagPos('\r', reply)
  37.     result, err := strconv.Atoi(string(reply[:pos]))
  38.     if err != nil {
  39.         return 0, err
  40.     }
  42.     return result, nil
  43. }
  45. ...

在这里我们对所有回复类型进行了分发，不同的回复标志位对应不同的处理方式，在这里需求注意几项问题，如下：

1、当请求的值不存在，会将特殊值 -1 用作回复

2、服务器发送的所有字符串都由 CRLF 结尾

3、多条批量回复是可基于批量回复的，要注意理解

4、无内容的多条批量回复是存在的

最重要的是，对不同回复的规则的把控，能够让你更好的理解 Redis 的请求、回复的交互过程 ?

小结

写这篇文章的起因，是因为常常在使用 Redis 时，只是用，你不知道它是基于什么样的通讯协议来通讯，这样的感觉是十分难受的

通过本文的讲解，我相信你已经大致了解 Redis 客户端是怎么样和服务端交互，也清楚了其所用的通讯原理，希望能够对你有所帮助！

最后，如果想详细查看代码，右拐项目地址：https://github.com/EDDYCJY/redis-protocol-example

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参考