Redis通信協(xié)議（protocol）

本文檔翻譯自：?http://redis.io/topics/protocol?。

Redis 協(xié)議在以下三個目標之間進行折中：

• 易于實現(xiàn)
• 可以高效地被計算機分析（parse）
• 可以很容易地被人類讀懂

網(wǎng)絡(luò)層

客戶端和服務器通過 TCP 連接來進行數(shù)據(jù)交互， 服務器默認的端口號為 6379 。

客戶端和服務器發(fā)送的命令或數(shù)據(jù)一律以?\r\n?（CRLF）結(jié)尾。

請求

Redis 服務器接受命令以及命令的參數(shù)。

服務器會在接到命令之后，對命令進行處理，并將命令的回復傳送回客戶端。

新版統(tǒng)一請求協(xié)議

新版統(tǒng)一請求協(xié)議在 Redis 1.2 版本中引入， 并最終在 Redis 2.0 版本成為 Redis 服務器通信的標準方式。

你的 Redis 客戶端應該按照這個新版協(xié)議來進行實現(xiàn)。

在這個協(xié)議中， 所有發(fā)送至 Redis 服務器的參數(shù)都是二進制安全（binary safe）的。

以下是這個協(xié)議的一般形式：

*<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

譯注：命令本身也作為協(xié)議的其中一個參數(shù)來發(fā)送。

舉個例子， 以下是一個命令協(xié)議的打印版本：

*3 $3 SET $5 mykey $7 myvalue

這個命令的實際協(xié)議值如下：

"*3\r\n$3\r\nSET\r\n$5\r\nmykey\r\n$7\r\nmyvalue\r\n"

稍后我們會看到， 這種格式除了用作命令請求協(xié)議之外， 也用在命令的回復協(xié)議中： 這種只有一個參數(shù)的回復格式被稱為批量回復（Bulk Reply）。

統(tǒng)一協(xié)議請求原本是用在回復協(xié)議中， 用于將列表的多個項返回給客戶端的， 這種回復格式被稱為多條批量回復（Multi Bulk Reply）。

一個多條批量回復以?*<argc>\r\n?為前綴， 后跟多條不同的批量回復， 其中?argc?為這些批量回復的數(shù)量。

回復

Redis 命令會返回多種不同類型的回復。

通過檢查服務器發(fā)回數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)， 可以確定這個回復是什么類型：

• 狀態(tài)回復（status reply）的第一個字節(jié)是?"+"
• 錯誤回復（error reply）的第一個字節(jié)是?"-"
• 整數(shù)回復（integer reply）的第一個字節(jié)是?":"
• 批量回復（bulk reply）的第一個字節(jié)是?"$"
• 多條批量回復（multi bulk reply）的第一個字節(jié)是?"*"

狀態(tài)回復

一個狀態(tài)回復（或者單行回復，single line reply）是一段以?"+"?開始、?"\r\n"?結(jié)尾的單行字符串。

以下是一個狀態(tài)回復的例子：

+OK

客戶端庫應該返回?"+"?號之后的所有內(nèi)容。 比如在在上面的這個例子中， 客戶端就應該返回字符串?"OK"?。

狀態(tài)回復通常由那些不需要返回數(shù)據(jù)的命令返回，這種回復不是二進制安全的，它也不能包含新行。

狀態(tài)回復的額外開銷非常少，只需要三個字節(jié)（開頭的?"+"?和結(jié)尾的 CRLF）。

錯誤回復

錯誤回復和狀態(tài)回復非常相似， 它們之間的唯一區(qū)別是， 錯誤回復的第一個字節(jié)是?"-"?， 而狀態(tài)回復的第一個字節(jié)是?"+"?。

錯誤回復只在某些地方出現(xiàn)問題時發(fā)送： 比如說， 當用戶對不正確的數(shù)據(jù)類型執(zhí)行命令， 或者執(zhí)行一個不存在的命令， 等等。

一個客戶端庫應該在收到錯誤回復時產(chǎn)生一個異常。

以下是兩個錯誤回復的例子：

-ERR unknown command 'foobar' -WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value

在?"-"?之后，直到遇到第一個空格或新行為止，這中間的內(nèi)容表示所返回錯誤的類型。

ERR?是一個通用錯誤，而?WRONGTYPE?則是一個更特定的錯誤。 一個客戶端實現(xiàn)可以為不同類型的錯誤產(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誤名來捕捉（trap）不同的錯誤。

不過這些特性用得并不多， 所以并不是特別重要， 一個受限的（limited）客戶端可以通過簡單地返回一個邏輯假（false）來表示一個通用的錯誤條件。

整數(shù)回復

整數(shù)回復就是一個以?":"?開頭， CRLF 結(jié)尾的字符串表示的整數(shù)。

比如說，?":0\r\n"?和?":1000\r\n"?都是整數(shù)回復。

返回整數(shù)回復的其中兩個命令是?INCR?和?LASTSAVE?。 被返回的整數(shù)沒有什么特殊的含義，?INCR?返回鍵的一個自增后的整數(shù)值， 而?LASTSAVE?則返回一個 UNIX 時間戳， 返回值的唯一限制是這些數(shù)必須能夠用 64 位有符號整數(shù)表示。

整數(shù)回復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)行了的時候， 才返回?1?， 否則返回?0?。

以下命令都返回整數(shù)回復：?SETNX?、?DEL?、?EXISTS?、?INCR?、?INCRBY?、?DECR?、?DECRBY?、?DBSIZE?、?LASTSAVE?、RENAMENX?、?MOVE?、?LLEN?、?SADD?、?SREM?、?SISMEMBER?、?SCARD?。

批量回復

服務器使用批量回復來返回二進制安全的字符串，字符串的最大長度為 512 MB 。

客戶端：GET mykey 服務器：foobar

服務器發(fā)送的內(nèi)容中：

• 第一字節(jié)為?"$"?符號
• 接下來跟著的是表示實際回復長度的數(shù)字值
• 之后跟著一個 CRLF
• 再后面跟著的是實際回復數(shù)據(jù)
• 最末尾是另一個 CRLF

對于前面的?GET?命令，服務器實際發(fā)送的內(nèi)容為：

"$6\r\nfoobar\r\n"

如果被請求的值不存在， 那么批量回復會將特殊值?-1?用作回復的長度值， 就像這樣：

客戶端：GET non-existing-key 服務器：$-1

這種回復稱為空批量回復（NULL Bulk Reply）。

當請求對象不存在時，客戶端應該返回空對象，而不是空字符串： 比如 Ruby 庫應該返回?nil?， 而 C 庫應該返回?NULL?（或者在回復對象中設(shè)置一個特殊標志）， 諸如此類。

多條批量回復

像?LRANGE?這樣的命令需要返回多個值， 這一目標可以通過多條批量回復來完成。

多條批量回復是由多個回復組成的數(shù)組， 數(shù)組中的每個元素都可以是任意類型的回復， 包括多條批量回復本身。

多條批量回復的第一個字節(jié)為?"*"?， 后跟一個字符串表示的整數(shù)值， 這個值記錄了多條批量回復所包含的回復數(shù)量， 再后面是一個 CRLF 。

客戶端： LRANGE mylist 0 3 服務器： *4 服務器： $3 服務器： foo 服務器： $3 服務器： bar 服務器： $5 服務器： Hello 服務器： $5 服務器： World

在上面的示例中，服務器發(fā)送的所有字符串都由 CRLF 結(jié)尾。

正如你所見到的那樣， 多條批量回復所使用的格式， 和客戶端發(fā)送命令時使用的統(tǒng)一請求協(xié)議的格式一模一樣。 它們之間的唯一區(qū)別是：

• 統(tǒng)一請求協(xié)議只發(fā)送批量回復。
• 而服務器應答命令時所發(fā)送的多條批量回復，則可以包含任意類型的回復。

以下例子展示了一個多條批量回復， 回復中包含四個整數(shù)值， 以及一個二進制安全字符串：

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

在回復的第一行， 服務器發(fā)送?*5\r\n?， 表示這個多條批量回復包含 5 條回復， 再后面跟著的則是 5 條回復的正文。

多條批量回復也可以是空白的（empty）， 就像這樣：

客戶端： LRANGE nokey 0 1 服務器： *0\r\n

無內(nèi)容的多條批量回復（null multi bulk reply）也是存在的， 比如當?BLPOP?命令的阻塞時間超過最大時限時， 它就返回一個無內(nèi)容的多條批量回復， 這個回復的計數(shù)值為?-1?：

客戶端： BLPOP key 1 服務器： *-1\r\n

客戶端庫應該區(qū)別對待空白多條回復和無內(nèi)容多條回復： 當 Redis 返回一個無內(nèi)容多條回復時， 客戶端庫應該返回一個 null 對象， 而不是一個空數(shù)組。

多條批量回復中的空元素

多條批量回復中的元素可以將自身的長度設(shè)置為?-1?， 從而表示該元素不存在， 并且也不是一個空白字符串（empty string）。

當?SORT?命令使用?GET?pattern?選項對一個不存在的鍵進行操作時， 就會發(fā)生多條批量回復中帶有空白元素的情況。

以下例子展示了一個包含空元素的多重批量回復：

服務器： *3 服務器： $3 服務器： foo 服務器： $-1 服務器： $3 服務器： bar

其中， 回復中的第二個元素為空。

對于這個回復， 客戶端庫應該返回類似于這樣的回復：

["foo", nil, "bar"]

多命令和流水線

客戶端可以通過流水線， 在一次寫入操作中發(fā)送多個命令：

• 在發(fā)送新命令之前， 無須閱讀前一個命令的回復。
• 多個命令的回復會在最后一并返回。

內(nèi)聯(lián)命令

當你需要和 Redis 服務器進行溝通， 但又找不到?redis-cli?， 而手上只有?telnet?的時候， 你可以通過 Redis 特別為這種情形而設(shè)的內(nèi)聯(lián)命令格式來發(fā)送命令。

以下是一個客戶端和服務器使用內(nèi)聯(lián)命令來進行交互的例子：

客戶端： PING 服務器： +PONG

以下另一個返回整數(shù)值的內(nèi)聯(lián)命令的例子：

客戶端： EXISTS somekey 服務器： :0

因為沒有了統(tǒng)一請求協(xié)議中的?"*"?項來聲明參數(shù)的數(shù)量， 所以在?telnet?會話輸入命令的時候， 必須使用空格來分割各個參數(shù)， 服務器在接收到數(shù)據(jù)之后， 會按空格對用戶的輸入進行分析（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， 定義也很簡單， 但這個協(xié)議的實現(xiàn)性能仍然可以和二進制協(xié)議一樣快。

因為 Redis 協(xié)議將數(shù)據(jù)的長度放在數(shù)據(jù)正文之前， 所以程序無須像 JSON 那樣， 為了尋找某個特殊字符而掃描整個 payload ， 也無須對發(fā)送至服務器的 payload 進行轉(zhuǎn)義（quote）。

程序可以在對協(xié)議文本中的各個字符進行處理的同時， 查找 CR 字符， 并計算出批量回復或多條批量回復的長度， 就像這樣：

#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; }

得到了批量回復或多條批量回復的長度之后， 程序只需調(diào)用一次?read?函數(shù)， 就可以將回復的正文數(shù)據(jù)全部讀入到內(nèi)存中， 而無須對這些數(shù)據(jù)做任何的處理。

在回復最末尾的 CR 和 LF 不作處理，丟棄它們。

Redis 協(xié)議的實現(xiàn)性能可以和二進制協(xié)議的實現(xiàn)性能相媲美， 并且由于 Redis 協(xié)議的簡單性， 大部分高級語言都可以輕易地實現(xiàn)這個協(xié)議， 這使得客戶端軟件的 bug 數(shù)量大大減少。

from:?http://redisdoc.com/topic/protocol.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Redis通信协议（protocol）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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