几乎所有的主流编程语言都有Redis的客户端，不考虑redis非常流行的原因，如果站在技术的角度看原因还有两个：

  • 客户端与服务端之间的通信协议是在TCP协议之上构建的，服务端默认的端口号是6379
  • 客户端和服务器发送的命令或者数据一律以\r\n （CRLF）结尾。
  • redis制定了RESP实现了客户端与服务端的正常交互，这种协议简单，既能够被机器解析，又容易被人类识别。

RESP是Redis序列化协议(REdis Serialization Portocol)的简写。它是一种直观的文本协议，优势在于实现过程异常简单，解析性能极好。[官方文档]

RESP

Redis协议将传输的结构数据分为5种最小单元类型，单元结束时统一加上回车换行符号\r\n。

  • 单行字符串以+符号开头
+hello world\r\n
  • 多行字符串以$符号开头，后跟字符串长度
$11\r\nhello world\r\n
  • 整数值以:开头，后跟整数的字符串形式
:1024\r\n  // 整数1024
  • 错误消息以-开头
-WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value\r\n
  • 数组以*开头，后跟数组的长度
*3\r\n:1\r\n:2\r\n:3\r\n   //数组[1, 2, 3]

NULL：用多行字符串表示，不过长度要写成-1

$31\r\n

空串：用多行字符串表示，长度填0

$0\r\n\r\n

客户端—>服务器

客户端向服务器发送的指令只有一种格式，格式如下（CRLF代表"\r\n"）。

  • 新版统一请求协议在 Redis 1.2 版本中引入， 并最终在 Redis 2.0 版本成为 Redis 服务器通信的标准方式。
  • 你的 Redis 客户端应该按照这个新版协议来进行实现。
  • 在这个协议中， 所有发送至 Redis 服务器的参数都是二进制安全（binary safe）的。这个协议的一般格式如下
*<参数数量> CR LF
$<参数 1 的字节数量> CR LF
<参数 1 的数据> CR LF
...
$<参数 N 的字节数量> CR LF
<参数 N 的数据> CR LF

例如客户端发送一条set hello world命令给服务端，按照RESP 的标准，客户端需要将其封装为如下格式（每行用\r\n分隔）：

*3
$3
SET
$5
hello
$5
world
  • 参数数量为3个，因此第一行为：
*3
  • 参数字节数分别是355，因此后面几行为：
$3
SET 
$5
hello
$5
world

有一点要注意的是，上面只是格式化显示的结果，实际传输格式为如下代码:

*3\r\n$3\r\nSET\r\n$5\r\nhello\r\n$5\r\nworld\r\n

在这里插入图片描述
稍后我们将会看到，这种格式除了用作命令请求协议之外，也用在命令的回复协议中：这种只有一个参数的回复格式叫做批量回复（Bulk Reply）

统一协议请求原本是用作回复协议中，用于将列表的多个项返回给客户端，这种回复格式被称为多条批量回复（Multi Bulk Reply）。

一个多条批量回复以*<argc>\r\n 为前缀， 后跟多条不同的批量回复， 其中 argc 为这些批量回复的数量。

服务器—>客户端

redis命令会返回多种不同协议的回复。通过检查服务器发回数据的第一个字节，可以确认这个回复是什么类型

·状态回复：在RESP中第一个字节为"+"。 
·错误回复：在RESP中第一个字节为"-"。 
·整数回复：在RESP中第一个字节为"："。
·字符串回复：在RESP中第一个字节为"$"。
·多条字符串回复：在RESP中第一个字节为"*"。

在这里插入图片描述
我们知道redis-cli只能看到最终的执行结果，那是因为redis-cli本身就是按照RESP进行结果解析的，所以看不到中间结果，redis-cli.c源码对命令结果的解析结构如下：

static sds cliFormatReplyTTY(redisReply *r, char *prefix) {
    sds out = sdsempty();
    switch (r->type) {
    case REDIS_REPLY_ERROR:
    // 处理错误回复
    case REDIS_REPLY_STATUS:
    // 处理状态回复
    case REDIS_REPLY_INTEGER:
    // 处理整数回复
    case REDIS_REPLY_STRING:
    // 处理字符串回复
    case REDIS_REPLY_NIL:
    // 处理空
    case REDIS_REPLY_ARRAY:
    // 处理多条字符串回复
    return out;
}

例如执行set hello world，返回结果是OK，并不能看到加号：

在这里插入图片描述
为了看到Redis服务端返回的“真正”结果，可以使用nc命令、telnet命令、甚至写一个socket程序进行模拟

下面以nc命令进行演示，首先使用nc连接到Redis：
在这里插入图片描述状态回复：set hello world的返回结果为+OK

在这里插入图片描述

状态回复

  • 一个状态回复（或者单行回复，single line reply）是一段以 +开始、 \r\n结尾的单行字符串。
    • 状态回复通常由那些不需要返回数据的命令返回，这种回复不是二进制安全的，他也不能包含新行
    • 状态回复的额外开销非常少，只需要三个字节（开头的 “+” 和结尾的 CRLF）。

以下是一个状态回复的例子：

+OK
  • 客户端库应该返回+号之后的所有内容。比如在上面的这个例子中， 客户端就应该返回字符串 “OK” 。

在这里插入图片描述
这里的OK就是单行响应

错误响应

  • 错误回复和状态回复非常相似， 它们之间的唯一区别是， 错误回复的第一个字节是 - ， 而状态回复的第一个字节是 +。
  • 错误回复只在某些地方出现问题时发送： 比如说， 当用户对不正确的数据类型执行命令， 或者执行一个不存在的命令， 等等。
  • 一个客户端库应该在收到错误回复时产生一个异常。

以下是两个错误回复的例子：

-ERR unknown command 'foobar'
-WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
  • 在 “-” 之后，直到遇到第一个空格或新行为止，这中间的内容表示所返回错误的类型。
  • ERR 是一个通用错误，而 WRONGTYPE 则是一个更特定的错误。 一个客户端实现可以为不同类型的错误产生不同类型的异常， 或者提供一种通用的方式， 让调用者可以通过提供字符串形式的错误名来捕捉（trap）不同的错误。

不过这些特性用得并不多， 所以并不是特别重要， 一个受限的（limited）客户端可以通过简单地返回一个逻辑假（false）来表示一个通用的错误条件。
在这里插入图片描述

整数响应

  • 整数回复就是一个以 : 开头， CRLF 结尾的字符串表示的整数。
  • 比如说， “:0\r\n” 和 “:1000\r\n” 都是整数回复。
  • 以下命令都返回整数回复：
    • SETNX key value
    • DEL key [key …]
    • EXISTS key
    • INCR key
    • INCRBY key increment
    • DECR key
    • DECRBY key decrement
    • DBSIZE
    • LASTSAVE
    • RENAMENX key newkey
    • MOVE key db
    • LLEN key
    • SADD key member [member …]
    • SREM key member [member …]
    • SISMEMBER key member
    • SCARD key 。

在这里插入图片描述

批量回复：多行字符串响应

服务器使用批量回复来返回二进制安全的字符串，字符串的最大长度是512MB。

客户端：GET mykey
服务器：foobar

服务端发送的内容中：

  • 第一个字节是$符合
  • 接下来跟着的是表示实际回复长度的数字值
  • 之后跟着一个 CRLF
  • 再后面跟着的是实际回复数据
  • 最末尾是另一个 CRLF

对于前面的 GET key 命令，服务器实际发送的内容为：

"$6\r\nfoobar\r\n"
  • 如果被请求的值不存在， 那么批量回复会将特殊值 -1 用作回复的长度值， 就像这样：
客户端：GET non-existing-key
服务器：$-1

  • 这种回复称为空批量回复（NULL Bulk Reply）。

  • 当请求对象不存在时，客户端应该返回空对象，而不是空字符串： 比如 Ruby 库应该返回 nil ， 而 C 库应该返回 NULL （或者在回复对象中设置一个特殊标志）， 诸如此类。

数组响应：多条批量回复

像LRANGE key start stop 这样的命令需要返回多个值， 这一目标可以通过多条批量回复来完成。

redis> RPUSH fp-language lisp
(integer) 1

redis> LRANGE fp-language 0 0
1) "lisp"

redis> RPUSH fp-language scheme
(integer) 2

redis> LRANGE fp-language 0 1
1) "lisp"
2) "scheme"
  • 多条批量回复是由多个回复组成的数组，数组中的每个元素都可以是任意类型的回复，包括多条批量回复本身
  • **多条批量回复的第一个字节为*，后跟一个字符串表示的整数值，这个值记录了多条批量回复所包含的回复数量，再后面是一个 CRLF **
客户端： LRANGE mylist 0 3
服务器： *4
服务器： $3
服务器： foo
服务器： $3
服务器： bar
服务器： $5
服务器： Hello
服务器： $5
服务器： World

在上面的示例中，服务器发送的所有字符串都由 CRLF 结尾。

正如你所见到的那样， 多条批量回复所使用的格式， 和客户端发送命令时使用的统一请求协议的格式一模一样。 它们之间的唯一区别是：

  • 统一请求协议只发送批量回复。
  • 而服务器应答命令时所发送的多条批量回复，则可以包含任意类型的回复。

以下例子展示了一个多条批量回复， 回复中包含四个整数值， 以及一个二进制安全字符串：

*5\r\n
:1\r\n
:2\r\n
:3\r\n
:4\r\n
$6\r\n
foobar\r\n

在回复的第一行， 服务器发送 *5\r\n ， 表示这个多条批量回复包含 5 条回复， 再后面跟着的则是 5 条回复的正文。

  • 多条批量回复也可以是空白的（empty）， 就像这样：
客户端： LRANGE nokey 0 1
服务器： *0\r\n
  • 无内容的多条批量回复（null multi bulk reply）也是存在的， 比如当 BLPOP key [key …] timeout 命令的阻塞时间超过最大时限时， 它就返回一个无内容的多条批量回复， 这个回复的计数值为 -1
客户端： BLPOP key 1
服务器： *-1\r\n
  • 客户端库应该区别对待空白多条回复和无内容多条回复： 当 Redis 返回一个无内容多条回复时， 客户端库应该返回一个 null 对象， 而不是一个空数组。

多条批量回复中的空元素

多条批量回复中的元素可以将自身的长度设置为 -1 ， 从而表示该元素不存在， 并且也不是一个空白字符串（empty string）。

当 SORT key [BY pattern] [LIMIT offset count] [GET pattern [GET pattern …]] [ASC | DESC] [ALPHA] [STORE destination]命令使用 GET pattern 选项对一个不存在的键进行操作时， 就会发生多条批量回复中带有空白元素的情况。

以下例子展示了一个包含空元素的多重批量回复：

服务器： *3
服务器： $3
服务器： foo
服务器： $-1
服务器： $3
服务器： bar

其中， 回复中的第二个元素为空。

对于这个回复， 客户端库应该返回类似于这样的回复：

["foo", nil, "bar"]

例子：

在这里插入图片描述
响应为：

在这里插入图片描述

嵌套

在这里插入图片描述

即：
在这里插入图片描述

多命令和流水线

客户端可以通过流水线，在一次写入操作中发送多个命令：

  • 在发送新命令之前，无需阅读前一个命令的回复
  • 多个命令的回复会在最后一并返回

内联命令

当你需要和redis服务器进行沟通，但是又找不到redis-cli，而手上只有telnet的时候，你可以通过redis特别为这种情况设计的内联命令格式来发送命令。

以下是一个客户端和服务器使用内联命令来进行交互的例子：

客户端： PING
服务器： +PONG

以下另一个返回整数值的内联命令的例子：

客户端： EXISTS somekey
服务器： :0

因为没有了统一请求协议中的*项来声明参数的数量， 所以在 telnet 会话输入命令的时候， 必须使用空格来分割各个参数， 服务器在接收到数据之后， 会按空格对用户的输入进行分析（parse）， 并获取其中的命令参数。

高性能redis协议分析器

redis协议非常利于阅读，定义也很简单，但这个协议的实现性能仍然可以和二进制协议一样快。

因为redis协议将数据的长度放在数据正文之前，所以程序无需像json那样，为了寻找某个特殊字符而扫描整个payload，也无需对发送服务器的payload进行转移。

程序可以在对协议文本中的各个字符进行处理的同时，查找 CR 字符，并计算出批量回复或者多条批量回复的长度，就像这样：

#include <stdio.h>

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;
}

得到了批量回复或者多条批量回复的长度之后，程序只需要调用一次read函数，就可以将回复的正文数据全部读入内存，而无需对这些数据进行任何处理

在回复最末尾的CR和LF不作处理，丢弃它们

小结

redis协议里有大量冗余的回车换行符，但是这并不影响它成为互联网技术领域非常受欢迎的一个文本协议。

有很多开源项目使用RESP作为它的通信协议。

在技术领域，性能并不总是一切，还有简单性、易理解性以及易实现性

# redis # 数据库
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