簡(jiǎn)介

redis是一個(gè)非常優(yōu)秀的軟件，它可以用作內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)或者緩存。因?yàn)樗膬?yōu)秀性能，redis被應(yīng)用在很多場(chǎng)合中。

redis是一個(gè)客戶端和服務(wù)器端的模式，客戶端和服務(wù)器端是通過(guò)TCP協(xié)議進(jìn)行連接的，客戶端將請(qǐng)求數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端將請(qǐng)求返回給客戶端。這樣一個(gè)請(qǐng)求流程就完成了。

當(dāng)然在最開(kāi)始的時(shí)候，因?yàn)橛玫娜撕苌?，系統(tǒng)還不夠穩(wěn)定，通過(guò)TCP協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不規(guī)范的。但是當(dāng)用的人越來(lái)越多，尤其是希望開(kāi)發(fā)適用于不同語(yǔ)言和平臺(tái)的redis客戶端的時(shí)候，就要考慮到兼容性的問(wèn)題了。

這時(shí)候客戶端和服務(wù)器端就需要一個(gè)統(tǒng)一的交互協(xié)議，對(duì)于redis來(lái)說(shuō)這個(gè)通用的交互協(xié)議就叫做Redis serialization protocol(RESP)。

RESP是在Redis 1.2版本中引入的，并在Redis 2.0中成為了與 Redis 服務(wù)器通信的標(biāo)準(zhǔn)方式。

這就是說(shuō)，從Redis 2.0之后，就可以基于redis protocol協(xié)議開(kāi)發(fā)出自己的redis客戶端了。

redis的高級(jí)用法

一般來(lái)說(shuō)，redis的客戶端和服務(wù)器端組成的是一個(gè)請(qǐng)求-響應(yīng)的模式，也就是說(shuō)客戶端向服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求，然后得到服務(wù)器端的響應(yīng)結(jié)果。

請(qǐng)求和響應(yīng)是redis中最簡(jiǎn)單的用法。熟悉redis的朋友可能會(huì)想到了兩個(gè)redis的高級(jí)用法，這兩個(gè)用法并不是傳統(tǒng)意義上的請(qǐng)求-響應(yīng)模式。

到底是哪兩種用法呢?

第一種就是redis支持pipline，也就是管道操作，管道的好處就是redis客戶端可以一次性向服務(wù)器端發(fā)送多條命令，然后等待服務(wù)器端的返回。

第二種redis還支持Pub/Sub，也就是廣播模型，在這一種情況下，就不是請(qǐng)求和響應(yīng)的模式了，在Pub/Sub下，切換成了服務(wù)器端推送的模式。

Redis中的pipline

為什么要用pipline呢？

因?yàn)閞edis是一個(gè)典型的請(qǐng)求響應(yīng)模式，我們來(lái)舉個(gè)常見(jiàn)的incr命令的例子：

Client: INCR X Server: 1 Client: INCR X Server: 2 Client: INCR X Server: 3 Client: INCR X Server: 4

事實(shí)上客戶端只想得到最終的結(jié)果，但是每次客戶端都需要等待服務(wù)器端返回結(jié)果之后，才能發(fā)送下一次的命令。這樣就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)叫做RTT(Round Trip Time)的時(shí)間浪費(fèi)。

雖然每次RTT的時(shí)間不長(zhǎng)，但是累計(jì)起來(lái)也是一個(gè)非?？陀^的數(shù)字。

那么可不可以將所有的客戶端命令放在一起發(fā)送給服務(wù)器呢? 這個(gè)優(yōu)化就叫做Pipeline。

piepline的意思就是客戶端可以在沒(méi)有收到服務(wù)器端返回的時(shí)候繼續(xù)向服務(wù)器端發(fā)送命令。

上面的命令可以用pipline進(jìn)行如下改寫(xiě)：

(printf "INCR X\r\nINCR X\r\nINCR X\r\nINCR X\r\n"; sleep 1) | nc localhost 6379
:1
:2
:3
:4

因?yàn)閞edis服務(wù)器支持TCP協(xié)議進(jìn)行連接，所以我們可以直接用nc連到redis服務(wù)器中執(zhí)行命令。

在使用pipline的時(shí)候有一點(diǎn)要注意，因?yàn)閞edis服務(wù)器會(huì)將請(qǐng)求的結(jié)果緩存在服務(wù)器端，等到pipline中的所有命令都執(zhí)行完畢之后再統(tǒng)一返回，所以如果服務(wù)器端返回的數(shù)據(jù)比較多的情況下，需要考慮內(nèi)存占用的問(wèn)題。

那么pipline僅僅是為了減少RTT嗎？

熟悉操作系統(tǒng)的朋友可能有聽(tīng)說(shuō)過(guò)用戶空間和操作系統(tǒng)空間的概念，從用戶輸入讀取數(shù)據(jù)然后再寫(xiě)入到系統(tǒng)空間中，這里涉及到了一個(gè)用戶空間的切換，在IO操作中，這種空間切換或者拷貝是比較耗時(shí)的，如果頻繁的進(jìn)行請(qǐng)求和響應(yīng)，就會(huì)造成這種頻繁的空間切換，從而降低了系統(tǒng)的效率。

使用pipline可以一次性發(fā)送多條指令，從而有效避免空間的切換行為。

Redis中的Pub/Sub

和Pub/Sub相關(guān)的命令是SUBSCRIBE, UNSUBSCRIBE 和 PUBLISH。

為什么要用Pub/Sub呢？其主要的目的就是解耦，在Pub/Sub中消息發(fā)送方不需要知道具體的接收方的地址，同樣的對(duì)于消息接收方來(lái)說(shuō)，也不需要知道具體的消息發(fā)送方的地址。他們只需要知道關(guān)聯(lián)的主題即可。

subscribe和publish的命令比較簡(jiǎn)單，我們舉一個(gè)例子，首先是客戶端subscribe topic：

redis-cli -h 127.0.0.1
127.0.0.1:6379> subscribe topic
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "topic"
3) (integer) 1

然后在另外一個(gè)終端，調(diào)用publish命令：

redis-cli -h 127.0.0.1
127.0.0.1:6379> publish topic "what is your name?"
(integer) 1

可以看到客戶端會(huì)收到下面的消息：

1) "message"
2) "topic"
3) "what is your name?"

RESP protocol

RESP協(xié)議有5種類(lèi)型，分別是imple Strings, Errors, Integers, Bulk Strings 和 Arrays。

不同的類(lèi)型以消息中的第一個(gè)byte進(jìn)行區(qū)分，如下所示：

protocol中不同的部分以 "\r\n" (CRLF)來(lái)進(jìn)行區(qū)別。

Simple Strings

Simple Strings的意思是簡(jiǎn)單的字符串。

通常用在服務(wù)器端的返回中，這種消息的格式就是"+"加上文本消息，最后以"\r\n"結(jié)尾。

比如服務(wù)器端返回OK,那么對(duì)應(yīng)的消息就是：

"+OK\r\n"

上面的消息是一個(gè)非二進(jìn)制安全的消息，如果想要發(fā)送二進(jìn)制安全的消息，則可以使用Bulk Strings。

什么是非二進(jìn)制安全的消息呢？對(duì)于Simple Strings來(lái)說(shuō)，因?yàn)橄⑹且?quot;\r\n"結(jié)尾，所以消息中間不能包含"\r\n"這兩個(gè)特殊字符，否則就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的含義。

Bulk Strings

Bulk Strings是二進(jìn)制安全的。這是因?yàn)锽ulk Strings包含了一個(gè)字符長(zhǎng)度字段，因?yàn)槭歉鶕?jù)長(zhǎng)度來(lái)判斷字符長(zhǎng)度的，所以并不存在根據(jù)字符中某個(gè)特定字符來(lái)判斷是否字符結(jié)束的缺點(diǎn)。

具體而言Bulk Strings的結(jié)構(gòu)是"$"+字符串長(zhǎng)度+"\r\n"+字符串+"\r\n"。

以O(shè)K為例，如果以Bulk Strings來(lái)表示，則如下所示:

"$2\r\nok\r\n"

Bulk Strings還可以包含空字符串：

"$0\r\n\r\n"

當(dāng)然還可以表示不存在的Null值：

"$-1\r\n"

RESP Integers

這是redis中的整數(shù)表示，具體的格式是":"+整數(shù)+"\r\n"。

比如18這個(gè)整數(shù)就可以用下面的格式來(lái)表示：

":18\r\n"

RESP Arrays

redis的多個(gè)命令可以以array來(lái)表示，服務(wù)器端返回的多個(gè)值也可以用arrays來(lái)表示。

RESP Arrays的格式是"*"+數(shù)組中的元素個(gè)數(shù)+其他類(lèi)似的數(shù)據(jù)。

所以RESP Arrays是一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。比如一個(gè)數(shù)組中包含了兩個(gè)Bulk Strings:"redis","server"則可以用下面的格式來(lái)表示：

"*2\r\n$5\r\nredis\r\n$6\r\nserver\r\n"

RESP Arrays中的原始不僅可以使用不同類(lèi)型，還能包含RESP Arrays，也就是array的嵌套：

"*3\r\n$5\r\nredis\r\n$6\r\nserver\r\n*1\r\n$4\r\ngood\r\n"

為了方便觀察，我們將上面的消息格式一下：

"*3\r\n
$5\r\nredis\r\n
$6\r\nserver\r\n
*1\r\n
$4\r\ngood\r\n"

上面的消息是一個(gè)包含三個(gè)元素的數(shù)組，前面兩個(gè)元素是Bulk Strings，最后一個(gè)是包含一個(gè)元素的數(shù)組。

RESP Errors

最后，RESP還可以表示錯(cuò)誤消息。RESP Errors的消息格式是"-"+字符串，如下所示：

"-Err something wrong\r\n"

一般情況下，"-"后面的第一個(gè)單詞表示的是錯(cuò)誤類(lèi)型，但是這只是一個(gè)約定俗成的規(guī)定，并不是RESP協(xié)議中的強(qiáng)制要求。

另外，經(jīng)過(guò)對(duì)比，大家可能會(huì)發(fā)現(xiàn)RESP Errors和Simple Strings是消息格式是差不多的。

這種對(duì)不同消息類(lèi)型的處理是在客戶端進(jìn)行區(qū)分的。

Inline commands

如果完全按RESP協(xié)議的要求，當(dāng)我們連接到服務(wù)器端的時(shí)候需要包含RESP中定義消息的所有格式，但是這些消息中包含了額外的消息類(lèi)型和回車(chē)換行符，所以直接使用協(xié)議來(lái)執(zhí)行的話會(huì)比較困惑。

于是redis還提供一些內(nèi)聯(lián)的命令，也就是協(xié)議命令的精簡(jiǎn)版本，這個(gè)精簡(jiǎn)版本去除了消息類(lèi)型和回車(chē)換行符。

我們以"get world"這個(gè)命令為例。來(lái)看下不同方式的連接情況。

首先是使用redis-cli進(jìn)行連接：

redis-cli -h 127.0.0.1
127.0.0.1:6379> get world
"hello"

因?yàn)閞edis-cli是redis的客戶端，所以可以直接使用inline command來(lái)執(zhí)行命令。

如果使用telnet,我們也可以使用同樣的命令來(lái)獲得結(jié)果：

telnet 127.0.0.1 6379
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
get world
$5
hello

可以看到返回的結(jié)果是"$5\r\nhello\r\n"。

如果要使用協(xié)議消息來(lái)請(qǐng)求redis服務(wù)器應(yīng)該怎么做呢？

我們要請(qǐng)求的命令是"get world",將其轉(zhuǎn)換成為RESP的消息則是：

"*2\r\n$3\r\nget\r\n$5\r\nworld\r\n"

我們嘗試一下將上述命令使用nc傳遞到redis server上：

(printf "*2\r\n$3\r\nget\r\n$5\r\nworld\r\n"; sleep 1) |  nc localhost 6379
-ERR Protocol error: expected '$', got ' '

很遺憾我們得到了ERR，那么是不是不能直接使用RESP消息格式進(jìn)行傳輸呢？當(dāng)然不是，上面的問(wèn)題在于$符號(hào)是一個(gè)特殊字符，我們需要轉(zhuǎn)義一下：

(printf "*2\r\n\$3\r\nget\r\n\$5\r\nworld\r\n"; sleep 1) |  nc localhost 6379
$5
hello

可以看到輸出的結(jié)果和直接使用redis-cli一致。

總結(jié)

以上就是RESP協(xié)議的基本內(nèi)容和手動(dòng)使用的例子，有了RESP，我們就可以根據(jù)協(xié)議中定義的格式來(lái)創(chuàng)建redis客戶端。

可能大家又會(huì)問(wèn)了，為什么只是redis客戶端呢？有了協(xié)議是不是redis服務(wù)器端也可以創(chuàng)建呢？答案當(dāng)然是肯定的，只需要按照協(xié)議進(jìn)行消息傳輸即可。主要的問(wèn)題在于redis服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，不是那么容易實(shí)現(xiàn)的。

以上就是redis protocol通信協(xié)議及使用詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于redis protocol通信協(xié)議的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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