莫那·鲁道

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简简单单写一个 Redis 客户端

前言

这篇文章很简单,就是写一个 Java 版本的 Redis Client,而且不是一个生产级别的项目,只是一个验证类型的 demo。用于了解“实现一个 Redis Client” 需要注意哪些事情。

思考

  1. 首先,Redis 是一个服务器,有 ip,有端口,那么,我们就可以用 Java 的 Socket 来和他交互,也可以用 telnet 来交互。说白了,就是一个 TCP 服务器,只要打开了 TCP 通道,然后进行一次连接 3 次握手,建立起全双工通道,就能够互相发送数据。

  2. 从我们之前的编程经验中,我知道,和一个服务器交互,通常是需要协议的,例如 HTTP 服务器,你需要 HTTP 协议,和 Dubbo 交互,你需要了解 Dubbo 协议,当然,这些都是建立在 TCP 协议之上的。那么,Redis 大概也是有协议的,我们后面再看。

动手

思考了上面的两点,我们可以尝试动手。

我们可以先用 telnet 访问以下本地的 Redis Server,例如 :telnet 127.0.0.1 6379,如下:

➜  master telnet 127.0.0.1 6379
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
set baby hello
+OK
get baby
$5
hello
del baby
:1
xxx
-ERR unknown command 'xxx'

步骤:

  1. 我们连接上了本机的 Redis Server。
  2. 执行 set baby hello 命令,也就是保存一个键值对。
  3. 返回了 +OK 字符串
  4. 然后我们获取刚刚的 baby 字符串。
  5. 返回了 $5 换行 hello
  6. 然后我们删除了 baby 字符串。
  7. 返回了 :1 ,1表示删除成功。
  8. 然后我们尝试执行一个不存在的命令。
  9. 返回了 -ERR unknown command 'xxx'.

我们使用 Redis 官方提供的 redis-cli 客户端执行这些命令看看结果:

➜  master redis-cli
127.0.0.1:6379> set baby hello
OK
127.0.0.1:6379> get baby
"hello"
127.0.0.1:6379> del baby
(integer) 1
127.0.0.1:6379> xxx
(error) ERR unknown command 'xxx'
127.0.0.1:6379> 

很明显,redis-cli 客户端和 telnet 的使用区别就是返回值的不同,telnet 多了一些奇怪的字符,或者在一些返回值前面加入了一些符合,例如在 OK 前面加入了+ 号。在get baby 后,返回了一个 $5 字符串。我们猜想,telnet 得到的数据是 Redis-Server 真正返回的数据,redis-cli 对这些数据进行了处理。

好了,大概了解了操作,我们用 Java 写一个 Socket 访问一下 Redis Server。

用 Java Socket 访问 Redis Server

代码很简单,如下:

    static Socket client = new Socket();
    static InputStream is;
    static OutputStream os;
    static {
        try {
            client.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6379));
            is = client.getInputStream();
            os = client.getOutputStream();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        writeAndFlush("set baby hello \n");

        printResult();
        // result : +OK

        writeAndFlush("get baby \n");

        Sleep.sleep(1);// 等 redis 返回数据

        printResult();
        // result : $5
        // result : hello

        writeAndFlush("del baby \n");

        Sleep.sleep(1);// 等 redis 返回数据

        printResult();
        // result  :1

        writeAndFlush("xxx \n");

        Sleep.sleep(1);// 等 redis 返回数据

        printResult();
        // -ERR unknown command `xxx`, with args beginning with:

        writeAndFlush("mget hello baby \r\n");

        Sleep.sleep(1);
        printResult();

        closeStream();
    }
    static void writeAndFlush(String content) {

        try {
            os.write(content.getBytes());
            os.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void closeStream() {
        try {
            is.close();
            os.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    static void printResult() {
        try {

            int a = is.available();
            byte[] b = new byte[a];
            is.read(b);

            String result = new String(b);
            System.out.println(result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

可以看到, 使用 Java Socket 和使用 telnet 的效果是相同的。

所以,要想达到 redis-cli 的效果,那么就需要对返回值进行处理,例如 $5 、:1 这些符号,到底是什么意思?即:解析 redis 自己的应用层协议。

Redis 序列化协议(RESP)

答案就在 redis 的官方文档: 通信协议(protocol)

redis 协议称之为 RESP(REdis Serialization Protocol),即 redis 序列化协议。

该协议的设计目标:

  1. 实现简单。
  2. 快速解析。
  3. 人类易读。

所有的命令一律以 \r\n 结尾。

Redis 收到命令后,对命令进行处理,然后返回数据。

redis 1.2 版本后,支持批量回复:Buik Reply。

关于回复,有多种类型: 通过检查服务器发回数据的第一个字节, 可以确定这个回复是什么类型:

  • 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 "*"

我们回到我们的 Socket 小程序里,可以看到,

  • 当我执行 set 命令,返回的是 +OK,即这个是状态回复。
  • 当我们执行 xxx 命令,返回值的开头是 - 号,即这个是错误回复。
  • 当我们执行 get 命令,返回的是 $5 hello,即这个是批量回复,同时5表示后面将返回 5 个字节。字符串的最大长度为 512 MB。
  • 当我们执行del命令,返回的是 :1 ,表示这个是整数回复,只在操作真正被执行了的时候, 才返回 1 , 否则返回 0, 1表示 true
  • 当我们执行 mget hello baby \r\n 时,返回的第一个字符就是 * 号,表示这是一个多条批量回复。* 号后面的值记录了多条回复的数量,我们这里返回的是 *2\r\n $5\r\n world \r\n $-1\r\n*2 表示后面有 2 条回复。$5 表示后面有 5 个字节。 $-1 表示 baby 这个key 是没有数据的,-1 表示什么都没有。

通过对协议的解析,我们就能做出一个类似 redis-cli 的客户端。

我这里抛转引玉,写了一个最简单的,大家看看就好 :)

 public static void respParseHandler(String result) {
        try {
            if (result.startsWith("+")) {
                // 状态回复
                System.out.println(result.substring(1));
                return;
            }
            if (result.startsWith("-")) {
                // 错误回复
                System.err.println(result.substring(1));
                return;
            }

            if (result.startsWith(":")) {
                // 整数回复
                if (result.substring(1).equalsIgnoreCase("1")) {
                    System.out.println("success");
                } else {
                    System.out.println("error");
                }
                return;
            }

            if (result.startsWith("$")) {
                // 批量回复
                if (result.substring(1, 3).equalsIgnoreCase("-1")) {
                    System.out.println("no data, redis return -1");
                    return;
                }
    
                int line = result.indexOf("\r\n");
                System.out.println(result.substring(line + 2));
                return;
            }

            if (result.startsWith("*")) {
                // 多条批量回复
                char num = result.charAt(1);
                int first = result.indexOf('$');
                for (int i = 0; i < Integer.valueOf(String.valueOf(num)); i++) {

                    int next = result.indexOf('$', first + 1);
                    if (next != -1) {
                        respParseHandler(result.substring(first, next));
                    } else {
                        respParseHandler(result.substring(first));
                    }
                    first = next;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }