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Redis學(xué)習(xí)之通信協(xié)議詳解

發(fā)布時(shí)間：2017-06-24 13:11  回復(fù):0  查看:2393   最后回復(fù)：2017-06-24 13:11  
本文和大家分享的主要是redis 通信協(xié)議相關(guān)內(nèi)容，一起來(lái)看看吧，希望對(duì)大家 學(xué)習(xí)redis有所幫助。
　　幾乎所有的主流編程語(yǔ)言都有Redis 的客戶端，不考慮 Redis 非常流行的原因，如果站在技術(shù)的角度看原因還有兩個(gè)：
　　1.  客戶端與服務(wù)端之間的通信協(xié)議是在  TCP 協(xié)議  之上構(gòu)建的。
　　客戶端和服務(wù)器通過 TCP  連接來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互， 服務(wù)器默認(rèn)的端口號(hào)為  6379  。
　　客戶端和服務(wù)器發(fā)送的命令或數(shù)據(jù)一律以  \r\n  （CRLF ）結(jié)尾。
　　1. Redis 制定了  RESP （ REdis Serialization Protocol ， Redis 序列化協(xié)議）實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)端的正常交互，這種協(xié)議簡(jiǎn)單高效，既能夠被機(jī)器解析，又容易被人類識(shí)別。
　　 發(fā)送命令
　　RESP  在  Redis 1.2  版本中引入， 并最終在  Redis 2.0  版本成為  Redis  服務(wù)器通信的標(biāo)準(zhǔn)方式。
　　在這個(gè)協(xié)議中，  所有發(fā)送至 Redis  服務(wù)器的參數(shù)都是二進(jìn)制安全（ binary safe ）的。
　　RESP  的規(guī)定一條命令的格式如下：
　　*< 參數(shù)數(shù)量> CR LF
　　$< 參數(shù) 1  的字節(jié)數(shù)量 > CR LF< 參數(shù) 1  的數(shù)據(jù) > CR LF
　　...
　　$< 參數(shù) N  的字節(jié)數(shù)量 > CR LF< 參數(shù) N  的數(shù)據(jù) > CR LF
　　 命令本身也作為協(xié)議的其中一個(gè)參數(shù)來(lái)發(fā)送。
　　例如我們經(jīng)常執(zhí)行的 SET  命令，在命令行中我們輸入如下：
　　 SET  key  value
　　使用 RESP  協(xié)議規(guī)定的格式：
　　*3
　　$3
　　SET
　　$3 #  這里  key  一共三個(gè)字節(jié)
　　key
　　$5 #  這里  value  一共五個(gè)字節(jié)
　　value
　　這個(gè)命令的實(shí)際協(xié)議值如下：
　　 "*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n"
　　 回復(fù)
　　Redis  命令會(huì)返回多種不同類型的回復(fù)。
　　通過檢查服務(wù)器發(fā)回?cái)?shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)，  可以確定這個(gè)回復(fù)是什么類型：
　　·  狀態(tài)回復(fù)（ status reply ）的第一個(gè)字節(jié)是  "+"
　　·  錯(cuò)誤回復(fù)（ error reply ）的第一個(gè)字節(jié)是  "-"
　　·  整數(shù)回復(fù)（ integer reply ）的第一個(gè)字節(jié)是  ":"
　　·  批量回復(fù)（ bulk reply ）的第一個(gè)字節(jié)是  "$"
　　·  多條批量回復(fù)（ multi bulk reply ）的第一個(gè)字節(jié)是  "*"
　　我們知道redis-cli 只能看到最終的執(zhí)行結(jié)果，那是因?yàn)?/span> redis-cli 本身就按照 RESP 進(jìn)行結(jié)果解析的，所以看不到中間結(jié)果， redis-cli.c  源碼對(duì)命令結(jié)果的解析結(jié)構(gòu)如下：
　　 static sds  cliFormatReplyTTY(redisReply *r,  char *prefix) {
　　sds  out = sdsempty(); switch (r->type) {
　　//  處理錯(cuò)誤回復(fù) case REDIS_REPLY_ERROR: out = sdscatprintf( out,"(error) %s\n", r->str); break;//  處理狀態(tài)回復(fù) caseREDIS_REPLY_STATUS: out = sdscat( out,r->str); out = sdscat( out,"\n"); break;//  處理整數(shù)回復(fù) case REDIS_REPLY_INTEGER: out= sdscatprintf( out,"(integer) %lld\n",r->integer); break;//  處理字符串回復(fù) case REDIS_REPLY_STRING:/* If you are producing output for the standard output we want
　　* a more interesting output with quoted characters and so forth */ out = sdscatrepr( out,r->str,r->len); out = sdscat( out,"\n"); break;//  處理  nil case REDIS_REPLY_NIL: out = sdscat( out,"(nil)\n"); break;//  處理多回復(fù) caseREDIS_REPLY_ARRAY: if (r->elements == 0) { out = sdscat( out,"(empty list or set)\n");
　　}  else {
　　unsigned  int i, idxlen = 0; char _prefixlen[16]; char _prefixfmt[16];
　　sds _prefix;
　　sds tmp;
　　/* Calculate chars needed to represent the largest index */
　　i = r->elements; do {
　　idxlen++;
　　i /= 10;
　　}  while(i);
　　/* Prefix for nested multi bulks should grow with idxlen+2 spaces */
　　memset(_prefixlen,' ',idxlen+2);
　　_prefixlen[idxlen+2] = '\0';
　　_prefix = sdscat(sdsnew(prefix),_prefixlen);
　　/* Setup prefix format for every entry */
　　snprintf(_prefixfmt, sizeof(_prefixfmt),"%%s%%%ud) ",idxlen);
　　 for (i = 0; i < r->elements; i++) {/* Don't use the prefix for the first element, as the parent
　　* caller already prepended the index number. */ out = sdscatprintf( out,_prefixfmt,i == 0 ? "" : prefix,i+1);
　　/* Format the multi bulk entry */
　　tmp = cliFormatReplyTTY(r->element ,_prefix);out = sdscatlen(out,tmp,sdslen(tmp));
　　sdsfree(tmp);
　　}
　　sdsfree(_prefix);
　　}break;default:
　　fprintf(stderr,"Unknown reply type: %d\n", r->type);
　　exit(1);
　　}return out;
　　}
　　在 發(fā)送命令 一節(jié)中使用的格式除了用作命令請(qǐng)求協(xié)議之外， 也用在命令的回復(fù)協(xié)議中： 這種只有一個(gè)參數(shù)的回復(fù)格式被稱為批量回復(fù)（Bulk Reply） 。
　　統(tǒng)一協(xié)議請(qǐng)求原本是用在回復(fù)協(xié)議中， 用于將列表的多個(gè)項(xiàng)返回給客戶端的， 這種回復(fù)格式被稱為 多條批量回復(fù)（Multi Bulk Reply） 。
　　一個(gè)多條批量回復(fù)以 *\r\n 為前綴， 后跟多條不同的批量回復(fù)， 其中 argc 為這些批量回復(fù)的數(shù)量。
　　狀態(tài)回復(fù)
　　一個(gè)狀態(tài)回復(fù)（或者單行回復(fù)，single line reply）是一段以 "+" 開始、 "\r\n" 結(jié)尾的單行字符串。
　　以下是一個(gè)狀態(tài)回復(fù)的例子：
　　+OK
　　客戶端庫(kù)應(yīng)該返回 "+" 號(hào)之后的所有內(nèi)容。 比如在在上面的這個(gè)例子中， 客戶端就應(yīng)該返回字符串 "OK" 。
　　狀態(tài)回復(fù)通常由那些不需要返回?cái)?shù)據(jù)的命令返回，這種回復(fù)不是二進(jìn)制安全的，它也不能包含新行。
　　狀態(tài)回復(fù)的額外開銷非常少，只需要三個(gè)字節(jié)（開頭的 "+" 和結(jié)尾的 CRLF）。
　　錯(cuò)誤回復(fù)
　　錯(cuò)誤回復(fù)和狀態(tài)回復(fù)非常相似， 它們之間的唯一區(qū)別是， 錯(cuò)誤回復(fù)的第一個(gè)字節(jié)是 "-" ， 而狀態(tài)回復(fù)的第一個(gè)字節(jié)是 "+" 。
　　錯(cuò)誤回復(fù)只在某些地方出現(xiàn)問題時(shí)發(fā)送： 比如說(shuō)， 當(dāng)用戶對(duì)不正確的數(shù)據(jù)類型執(zhí)行命令， 或者執(zhí)行一個(gè)不存在的命令， 等等。
　　一個(gè)客戶端庫(kù)應(yīng)該在收到錯(cuò)誤回復(fù)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)異常。
　　以下是兩個(gè)錯(cuò)誤回復(fù)的例子：
　　-ERR unknown command 'foobar'
　　-WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
　　在 "-" 之后，直到遇到第一個(gè)空格或新行為止，這中間的內(nèi)容表示所返回錯(cuò)誤的類型。
　　ERR 是一個(gè)通用錯(cuò)誤，而 WRONGTYPE 則是一個(gè)更特定的錯(cuò)誤。 一個(gè)客戶端實(shí)現(xiàn)可以為不同類型的錯(cuò)誤產(chǎn)生不同類型的異常， 或者提供一種通用的方式， 讓調(diào)用者可以通過提供字符串形式的錯(cuò)誤名來(lái)捕捉（trap）不同的錯(cuò)誤。
　　不過這些特性用得并不多， 所以并不是特別重要， 一個(gè)受限的（limited）客戶端可以通過簡(jiǎn)單地返回一個(gè)邏輯假（false）來(lái)表示一個(gè)通用的錯(cuò)誤條件。
　　整數(shù)回復(fù)
　　整數(shù)回復(fù)就是一個(gè)以 ":" 開頭， CRLF 結(jié)尾的字符串表示的整數(shù)。
　　比如說(shuō)， ":0\r\n" 和 ":1000\r\n" 都是整數(shù)回復(fù)。
　　返回整數(shù)回復(fù)的其中兩個(gè)命令是 INCR 和 LASTSAVE 。 被返回的整數(shù)沒有什么特殊的含義， INCR 返回鍵的一個(gè)自增后的整數(shù)值， 而 LASTSAVE 則返回一個(gè) UNIX 時(shí)間戳， 返回值的唯一限制是這些數(shù)必須能夠用 64 位有符號(hào)整數(shù)表示。
　　整數(shù)回復(fù)也被廣泛地用于表示邏輯真和邏輯假： 比如 EXISTS 和 SISMEMBER 都用返回值 1 表示真， 0 表示假。
　　其他一些命令， 比如 SADD 、 SREM 和 SETNX ， 只在操作真正被執(zhí)行了的時(shí)候， 才返回 1， 否則返回 0 。
　　以下命令都返回整數(shù)回復(fù)： SETNX 、 DEL 、 EXISTS 、 INCR 、 INCRBY 、 DECR 、 DECRBY 、 DBSIZE 、LASTSAVE 、 RENAMENX 、 MOVE 、 LLEN 、 SADD 、 SREM 、 SISMEMBER 、 SCARD 。
　　批量回復(fù)
　　服務(wù)器使用批量回復(fù)來(lái)返回二進(jìn)制安全的字符串，字符串的最大長(zhǎng)度為 512 MB 。
　　客戶端：GET mykey
　　服務(wù)器：foobar
　　服務(wù)器發(fā)送的內(nèi)容中：
　　· 第一字節(jié)為 "$" 符號(hào) - 接下來(lái)跟著的是表示實(shí)際回復(fù)長(zhǎng)度的數(shù)字值 - 之后跟著一個(gè) CRLF - 再后面跟著的是實(shí)際回復(fù)數(shù)據(jù) - 最末尾是另一個(gè) CRLF
　　對(duì)于前面的 GET 命令，服務(wù)器實(shí)際發(fā)送的內(nèi)容為：
　　"$6\r\nfoobar\r\n"
　　如果被請(qǐng)求的值不存在， 那么批量回復(fù)會(huì)將特殊值 -1 用作回復(fù)的長(zhǎng)度值， 就像這樣：
　　客戶端：GET non-existing-key
　　服務(wù)器：$-1
　　這種回復(fù)稱為空批量回復(fù)（NULL Bulk Reply）。
　　當(dāng)請(qǐng)求對(duì)象不存在時(shí)，客戶端應(yīng)該返回空對(duì)象，而不是空字符串： 比如 Ruby 庫(kù)應(yīng)該返回 nil， 而 C 庫(kù)應(yīng)該返回 NULL （或者在回復(fù)對(duì)象中設(shè)置一個(gè)特殊標(biāo)志）， 諸如此類。
　　多條批量回復(fù)
　　像 LRANGE 這樣的命令需要返回多個(gè)值， 這一目標(biāo)可以通過多條批量回復(fù)來(lái)完成。
　　多條批量回復(fù)是由多個(gè)回復(fù)組成的數(shù)組， 數(shù)組中的每個(gè)元素都可以是任意類型的回復(fù)， 包括多條批量回復(fù)本身。
　　多條批量回復(fù)的第一個(gè)字節(jié)為 "*" ， 后跟一個(gè)字符串表示的整數(shù)值， 這個(gè)值記錄了多條批量回復(fù)所包含的回復(fù)數(shù)量， 再后面是一個(gè) CRLF 。
　　客戶端： LRANGE mylist 0 3
　　服務(wù)器： *4
　　服務(wù)器： $3
　　服務(wù)器： foo
　　服務(wù)器： $3
　　服務(wù)器： bar
　　服務(wù)器： $5
　　服務(wù)器： Hello
　　服務(wù)器： $5
　　服務(wù)器： World
　　在上面的示例中，服務(wù)器發(fā)送的所有字符串都由 CRLF 結(jié)尾。
　　正如你所見到的那樣， 多條批量回復(fù)所使用的格式， 和客戶端發(fā)送命令時(shí)使用的統(tǒng)一請(qǐng)求協(xié)議的格式一模一樣。 它們之間的唯一區(qū)別是：
　　· 統(tǒng)一請(qǐng)求協(xié)議只發(fā)送批量回復(fù)。
　　· 而服務(wù)器應(yīng)答命令時(shí)所發(fā)送的多條批量回復(fù)，則可以包含任意類型的回復(fù)。
　　以下例子展示了一個(gè)多條批量回復(fù)， 回復(fù)中包含四個(gè)整數(shù)值， 以及一個(gè)二進(jìn)制安全字符串：
　　*5\r\n
　　:1\r\n
　　:2\r\n
　　:3\r\n
　　:4\r\n
　　$6\r\n
　　foobar\r\n
　　在回復(fù)的第一行， 服務(wù)器發(fā)送 *5\r\n ， 表示這個(gè)多條批量回復(fù)包含 5 條回復(fù)， 再后面跟著的則是 5 條回復(fù)的正文。
　　多條批量回復(fù)也可以是空白的（empty）， 就像這樣：
　　客戶端： LRANGE nokey 0 1
　　服務(wù)器： *0\r\n
　　無(wú)內(nèi)容的多條批量回復(fù)（null multi bulk reply）也是存在的， 比如當(dāng) BLPOP 命令的阻塞時(shí)間超過最大時(shí)限時(shí)， 它就返回一個(gè)無(wú)內(nèi)容的多條批量回復(fù)， 這個(gè)回復(fù)的計(jì)數(shù)值為 -1 ：
　　客戶端： BLPOP key 1
　　服務(wù)器： *-1\r\n
　　客戶端庫(kù)應(yīng)該區(qū)別對(duì)待空白多條回復(fù)和無(wú)內(nèi)容多條回復(fù)： 當(dāng) Redis 返回一個(gè)無(wú)內(nèi)容多條回復(fù)時(shí)， 客戶端庫(kù)應(yīng)該返回一個(gè) null 對(duì)象， 而不是一個(gè)空數(shù)組。
　　多條批量回復(fù)中的空元素
　　多條批量回復(fù)中的元素可以將自身的長(zhǎng)度設(shè)置為 -1 ， 從而表示該元素不存在， 并且也不是一個(gè)空白字符串（empty string）。
　　當(dāng) SORT 命令使用 GET pattern 選項(xiàng)對(duì)一個(gè)不存在的鍵進(jìn)行操作時(shí)， 就會(huì)發(fā)生多條批量回復(fù)中帶有空白元素的情況。
　　以下例子展示了一個(gè)包含空元素的多重批量回復(fù)：
　　服務(wù)器： *3
　　服務(wù)器： $3
　　服務(wù)器： foo
　　服務(wù)器： $-1
　　服務(wù)器： $3
　　服務(wù)器： bar
　　其中， 回復(fù)中的第二個(gè)元素為空。
　　對(duì)于這個(gè)回復(fù)， 客戶端庫(kù)應(yīng)該返回類似于這樣的回復(fù)：
　　["foo", nil, "bar"]
　　多命令和 pipline
　　客戶端可以通過 pipline ， 在一次寫入操作中發(fā)送多個(gè)命令：
　　· 在發(fā)送新命令之前， 無(wú)須閱讀前一個(gè)命令的回復(fù)。
　　· 多個(gè)命令的回復(fù)會(huì)在最后一并返回。
　　內(nèi)聯(lián)命令
　　當(dāng)你需要和 Redis 服務(wù)器進(jìn)行溝通， 但又找不到 redis-cli ， 而手上只有 telnet 的時(shí)候， 你可以通過 Redis 特別為這種情形而設(shè)的內(nèi)聯(lián)命令格式來(lái)發(fā)送命令。
　　以下是一個(gè)客戶端和服務(wù)器使用內(nèi)聯(lián)命令來(lái)進(jìn)行交互的例子：
　　客戶端： PING
　　服務(wù)器： +PONG
　　以下另一個(gè)返回整數(shù)值的內(nèi)聯(lián)命令的例子：
　　客戶端： EXISTS somekey
　　服務(wù)器： :0
　　因?yàn)闆]有了統(tǒng)一請(qǐng)求協(xié)議中的 "*" 項(xiàng)來(lái)聲明參數(shù)的數(shù)量， 所以在 telnet 會(huì)話輸入命令的時(shí)候， 必須使用空格來(lái)分割各個(gè)參數(shù)，服務(wù)器在接收到數(shù)據(jù)之后， 會(huì)按空格對(duì)用戶的輸入進(jìn)行分析（parse）， 并獲取其中的命令參數(shù)。
　　高性能 Redis 協(xié)議分析器
　　盡管 Redis 的協(xié)議非常利于人類閱讀， 定義也很簡(jiǎn)單， 但這個(gè)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)性能仍然可以和二進(jìn)制協(xié)議一樣快。
　　因?yàn)?/span> Redis 協(xié)議將數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度放在數(shù)據(jù)正文之前， 所以程序無(wú)須像 JSON 那樣， 為了尋找某個(gè)特殊字符而掃描整個(gè) payload ， 也無(wú)須對(duì)發(fā)送至服務(wù)器的 payload 進(jìn)行轉(zhuǎn)義（quote）。
　　程序可以在對(duì)協(xié)議文本中的各個(gè)字符進(jìn)行處理的同時(shí)， 查找 CR 字符， 并計(jì)算出批量回復(fù)或多條批量回復(fù)的長(zhǎng)度， 就像這樣：
　　#include
　　int main(void) {
　　unsigned char *p = "$123\r\n";int len = 0;
　　p++;while(*p != '\r') {
　　len = (len*10)+(*p - '0');
　　p++;
　　}
　　/* Now p points at '\r', and the len is in bulk_len. */printf("%d\n", len);return 0;
　　}
　　得到了批量回復(fù)或多條批量回復(fù)的長(zhǎng)度之后， 程序只需調(diào)用一次 read 函數(shù)， 就可以將回復(fù)的正文數(shù)據(jù)全部讀入到內(nèi)存中， 而無(wú)須對(duì)這些數(shù)據(jù)做任何的處理。
　　在回復(fù)最末尾的 CR 和 LF 不作處理，丟棄它們。
　　Redis 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)性能可以和二進(jìn)制協(xié)議的實(shí)現(xiàn)性能相媲美， 并且由于 Redis 協(xié)議的簡(jiǎn)單性， 大部分高級(jí)語(yǔ)言都可以輕易地實(shí)現(xiàn)這個(gè)協(xié)議， 這使得客戶端軟件的 bug 數(shù)量大大減少。
　　Linux 下 使用 nc 命令操作 Redis
　　[coderknock ~]# nc 127.0.0.1 6379
　　set hello world
　　+OK                          #狀態(tài)回復(fù)
　　sethx
　　-ERR unknown command 'sethx' #錯(cuò)誤回復(fù)：由于sethx這條命令不存在，那么返回結(jié)果就是"-"號(hào)加上錯(cuò)誤消息
　　incr counter:1                           #整數(shù)回復(fù)：當(dāng)命令的執(zhí)行結(jié)果是整數(shù)時(shí)，返回結(jié)果就是整數(shù)回復(fù)，例如 incr、exists、del、dbsize返回結(jié)果都是整數(shù)
　　get hello
　　$5                           #字符串回復(fù)：當(dāng)命令的執(zhí)行結(jié)果是字符串時(shí)，返回結(jié)果就是字符串回復(fù)。
　　world                        #實(shí)際返回的是 $5\r\nworld\r\n
　　mset java jedis python redis-py
　　+OK
　　mget java python             #多條字符串回復(fù)：當(dāng)命令的執(zhí)行結(jié)果是多條字符串時(shí)，返回結(jié)果就是多條字符串回復(fù)
　　*2
　　$5
　　jedis
　　$8
　　redis-py
　　get not_exist_key            #無(wú)論是字符串回復(fù)還是多條字符串回復(fù)，如果有 nil 值，那么會(huì)返回$-1。
　　$-1
　　mget hello not_exist_key java
　　*3
　　$5
　　world
　　$-1
　　$5
　　jedis
　　Python Socket 操作 Redis
　　使用 socket 操作 Redis：
　　import socket
　　# AF_INET指定使用 IPv4 協(xié)議
　　s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM, socket.SOL_TCP)
　　s.connect(('127.0.0.1', 6379))
　　print('get connected from', '127.0.0.1')# 驗(yàn)證密碼
　　s.send(b'*2\r\n$4\r\nAUTH\r\n$8\r\nadmin123\r\n')
　　ra = s.recv(512)
　　print(ra)# 發(fā)送一條信息
　　s.send(b'*3\r\n$3\r\nSET\r\n$8\r\ntestRESP\r\n$10\r\nRESPpython\r\n')
　　ra = s.recv(512)
　　print(ra)
　　s.close()
　　執(zhí)行結(jié)果：
　　get connected from 127.0.0.1
　　b'+OK\r\n'
　　b'+OK\r\n'
　　我們從命令行中查詢：
　　redis> GET testRESP"RESPpython"
　　可以看到正確的向 Redis 中插入了鍵值。
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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