江湖上說,天下武功,無堅不摧,唯快不破,這句話簡直是為我量身定制。
我是一個Redis服務,最引以為傲的就是我的速度,我的 QPS 能達到10萬級別。
在我的手下有數不清的小弟,他們會時不時到我這來存放或者取走一些數據,我管他們叫做客戶端,還給他們起了英文名叫 Redis-client。
有時候一個小弟會來的非常頻繁,有時候一堆小弟會同時過來,但是,即使再多的小弟我也能管理的井井有條。
有一天,小弟們問我。
想當年,為了不讓小弟們拖垮我傲人的速度,在設計和他們的通信協議時,我絞盡腦汁,制定了下面的三條原則:
- 實現簡單
- 針對計算機來說,解析速度快
- 針對人類來說,可讀性強
為什么這么設計呢?先來看看一條指令發出的過程,首先在客戶端需要對指令操作進行封裝,使用網絡進行傳輸,最后在服務端進行相應的解析、執行。
這一過程如果設計成一種非常復雜的協議,那么封裝、解析、傳輸的過程都將非常耗時,無疑會降低我的速度。什么,你問我為什么要遵循最后一條規則?算是對於程序員們的饋贈吧,我真是太善良了。
我把創造出來的這種協議稱為 RESP (REdis Serialization Protocol
)協議,它工作在 TCP 協議的上層,作為我和客戶端之間進行通訊的標准形式。
說到這,我已經有點迫不及待想讓你們看看我設計出來的傑作了,但我好歹也是個大哥,得擺點架子,不能我主動拿來給你們看。
所以我建議你直接使用客戶端發出一條向服務器的命令,然后取出這條命令對應的報文來直觀的看一下。話雖如此,不過我已經被封裝的很嚴實了,正常情況下你是看不到我內部進行通訊的具體報文的,所以,你可以偽裝成一個Redis的服務端,來截獲小弟們發給我的消息。
實現起來也很簡單,我和小弟之間是基於 Socket 進行通訊,所以在本地先啟動一個ServerSocket
,用來監聽Redis服務的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));
}
}
然后啟動redis-cli
客戶端,發送一條命令:
set key1 value1
這時,偽裝的服務端就會收到報文了,在控制台打印了:
*3
$3
set
$4
key1
$6
value1
看到這里,隱隱約約看到了剛才輸入的幾個關鍵字,但是還有一些其他的字符,要怎么解釋呢,是時候讓我對協議報文中的格式進行一下揭秘了。
我對小弟們說了,對大哥說話的時候得按規矩來,這樣吧,你們在請求的時候要遵循下面的規則:
*<參數數量> CRLF
$<參數1的字節長度> CRLF
<參數1的數據> CRLF
$<參數2的字節長度> CRLF
<參數2的數據> CRLF
...
$<參數N的字節長度> CRLF
<參數N的數據> CRLF
首先解釋一下每行末尾的CRLF
,轉換成程序語言就是\r\n
,也就是回車加換行。看到這里,你也就能夠明白為什么控制台打印出的指令是豎向排列了吧。
在命令的解析過程中,set
、key1
、value1
會被認為是3個參數,因此參數數量為3,對應第一行的*3
。
第一個參數set
,長度為3對應$3
;第二個參數key1
,長度為4對應$4
;第三個參數value1
,長度為6對應$6
。在每個參數長度的下一行對應真正的參數數據。
看到這,一條指令被轉換為協議報文的過程是不是就很好理解了?
當小弟對我發送完請求后,作為大哥,我就要對小弟的請求進行指令回復了,而且我得根據回復內容進行一下分類,要不然小弟該搞不清我的指示了。
簡單字符串
簡單字符串回復只有一行回復,回復的內容以+
作為開頭,不允許換行,並以\r\n
結束。有很多指令在執行成功后只會回復一個OK
,使用的就是這種格式,能夠有效的將傳輸、解析的開銷降到最低。
錯誤回復
在RESP協議中,錯誤回復可以當做簡單字符串回復的變種形式,它們之間的格式也非常類似,區別只有第一個字符是以-
作為開頭,錯誤回復的內容通常是錯誤類型及對錯誤描述的字符串。
錯誤回復出現在一些異常的場景,例如當發送了錯誤的指令、操作數的數量不對時,都會進行錯誤回復。在客戶端收到錯誤回復后,會將它與簡單字符串回復進行區分,視為異常。
整數回復
整數回復的應用也非常廣泛,它以:
作為開頭,以\r\n
結束,用於返回一個整數。例如當執行incr
后返回自增后的值,執行llen
返回數組的長度,或者使用exists
命令返回的0或1作為判斷一個key
是否存在的依據,這些都使用了整數回復。
批量回復
批量回復,就是多行字符串的回復。它以$
作為開頭,后面是發送的字節長度,然后是\r\n
,然后發送實際的數據,最終以\r\n
結束。如果要回復的數據不存在,那么回復長度為-1。
多條批量回復
當服務端要返回多個值時,例如返回一些元素的集合時,就會使用多條批量回復。它以*
作為開頭,后面是返回元素的個數,之后再跟隨多個上面講到過的批量回復。
到這里,基本上我和小弟之間的通訊協議就介紹完了。剛才你嘗試了偽裝成一個服務端,這會再來試一試直接寫一個客戶端來直接和我進行交互吧。
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);
}
}
}
}
運行上面的代碼,控制台輸出:
Recv:+OK
上面模仿了客戶端發出set
命令的過程,並收到了回復。依此類推,你也可以自己封裝其他的命令,來實現一個自己的Redis客戶端來和我進行通信。
不過記住,要叫我大哥。
最后
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