How does Redis communicate?

Model

The Redis protocol model is a simple request-response model, which is somewhat similar to the usual Http protocol. The client sends a Redis command, and the server processes the command and returns the result to the client. Redis officials say this is probably the simplest network protocol model.

There are two cases where this model is not applicable, one is batch pipeline command, and the other is publish/subscribe function.

Protocol description

The Redis protocol is generally divided into five types of data structures, simple strings, error messages, numerical values, large strings, and arrays. Each data type is distinguished by a different symbol in the first byte:

Simple Strings : The first symbol at the beginning is +, the corresponding HEX value is:0x2b
Error information (Errors) : The first byte symbol is -, the corresponding HEX value is:0x2d
Value (Integers) : The first byte symbol is :, the corresponding HEX value is:0x3a
Bulk Strings : The first byte symbol is $, the corresponding HEX value is:0x24
Arrays : The first byte symbol is *, the corresponding HEX value is:0x2a

These five data types can be used in combination. Each data type ends with CRLF , which is normal. The \r\ncorresponding HEX value is: 0x0d,0x0a. Generally, when we judge whether a data type is over, we only need to judge whether it \rappears . These rules are used to communicate between the Redis client and the server.

simple string

Generally, simple strings are used to return the system response of the Redis server. If you want to respond to the data stored by the user, the data type of Bulk Strings is generally used to return.

比如说客户端发送 set 命令新增一个 Key 来存储字符串，此时客户端就会返回 +OK。这种方式返回的数据不能有空格和换行，因为空格和换行表示该类型的数据结尾。

redis:0>set name 灰灰
"OK"

# Redis 服务端响应数据
0000  2b 4f 4b 0d 0a                                     +OK··
复制代码

错误信息

当我们执行的命令发生错误时，Redis 服务端就会返回错误信息

redis:0>incr name
"ERR value is not an integer or out of range"

# Redis 服务端响应数据
0000  2d 45 52 52 20 76 61 6c  75 65 20 69 73 20 6e 6f   -ERR val ue is no
0010  74 20 61 6e 20 69 6e 74  65 67 65 72 20 6f 72 20   t an int eger or 
0020  6f 75 74 20 6f 66 20 72  61 6e 67 65 0d 0a         out of r ange··
复制代码

数值

返回数值的其中一种情况就是执行 exists 命令来判断某个 Key 存不存在，返回 1 表示存在，返回 0 表示不存在

redis:0>exists name
"1"

# Redis 服务端响应数据
0000  3a 31 0d 0a                                        :1··
---------------------------------------------------------------
redis:0>exists hui
"0"

# Redis 服务端响应数据
0000   3a 30 0d 0a                                       :0..
复制代码

大字符串

大字符串返回值有两部分组成，一部分是表示字符串长度的数据，一部分是字符串本身数据。它由 $ 符号开头，后面跟着的是表示字符串长度的数据，该数值直接用字符串的形式表示，也就说读取该字节数据的时候，要用读取字符串数据的方式来读取。读取完后再转换为数值数据，然后再根据这个数值来读取相对应长度的字节数据。这样数据中就可以包含空格和换行了，因为是根据开头的长度数值来读取相对应的字节数据的，而不是通过判断 \r\n 符号来读取。

比如客户端获取前面设置的 Key 为 name 的数据：

redis:0>get name
"灰灰"

# Redis 服务端响应数据
0000   24 36 0d 0a e7 81 b0 e7 81 b0 0d 0a               $6..........
复制代码

其中 e7 81 b0 e7 81 b0 就是 灰灰 字符的字节数据

数组

当服务端返回数组数据时，它由 * 符号开头，后面紧跟着的是这个数值的长度，和大字符串的字节长度一样，该长度也是以字符串的形式返回。数组中的每个元素再通过相对应的数据类型来表示。

*2
+value1
+value2

# or
*3
:22
:52
:99

# 当然也可以表示嵌套数组
*2
*1
:123
*2
:433
:92
复制代码

比如客户端设置一个 list 数据，然后获取它

redis:0>lpush mylist value1 value2
2

# 获取 list
redis:0>lrange mylist 0 1
["value2","value1"]

0000   2a 32 0d 0a 24 36 0d 0a 76 61 6c 75 65 32 0d 0a   *2..$6..value2..
0010   24 36 0d 0a 76 61 6c 75 65 31 0d 0a               $6..value1..
复制代码

发送命令

当客户端发送命令给服务端时，客户端一般会把命令组装成上面的数组加大字符串的数据格式再发送给服务端。比如上面的我们发送一个简单的新增一个 Key 命令：

redis:0>set name 灰灰

# 客户端发送给服务端端数据
0000   2a 33 0d 0a 24 33 0d 0a 73 65 74 0d 0a 24 34 0d   *3..$3..set..$4.
0010   0a 6e 61 6d 65 0d 0a 24 36 0d 0a e7 81 b0 e7 81   .name..$6.......
0020   b0 0d 0a                                          ...

复制代码

Redis 数据结构

There are 5 data types commonly used in Redis. Let's take a look at how the data between the client and the server corresponding to the 5 data types interact.

String String

redis:0>set name greycode

0000   2a 33 0d 0a 24 33 0d 0a 73 65 74 0d 0a 24 34 0d   *3..$3..set..$4.
0010   0a 6e 61 6d 65 0d 0a 24 38 0d 0a 67 72 65 79 63   .name..$8..greyc
0020   6f 64 65 0d 0a                                    ode..

# 响应
0000   2b 4f 4b 0d 0a                                    +OK..
-------------------------------------------------------------------------
redis:0>get name

0000   2a 32 0d 0a 24 33 0d 0a 67 65 74 0d 0a 24 34 0d   *2..$3..get..$4.
0010   0a 6e 61 6d 65 0d 0a                              .name..

# 响应
0000   24 38 0d 0a 67 72 65 79 63 6f 64 65 0d 0a         $8..greycode..
复制代码

Hash table

redis:0>hset myHash name huihui

0000   2a 34 0d 0a 24 34 0d 0a 68 73 65 74 0d 0a 24 36   *4..$4..hset..$6
0010   0d 0a 6d 79 48 61 73 68 0d 0a 24 34 0d 0a 6e 61   ..myHash..$4..na
0020   6d 65 0d 0a 24 36 0d 0a 68 75 69 68 75 69 0d 0a   me..$6..huihui..

# 响应
0000   3a 31 0d 0a                                       :1..
-------------------------------------------------------------------------
redis:0>hget myHash name

0000   2a 33 0d 0a 24 34 0d 0a 68 67 65 74 0d 0a 24 36   *3..$4..hget..$6
0010   0d 0a 6d 79 48 61 73 68 0d 0a 24 34 0d 0a 6e 61   ..myHash..$4..na
0020   6d 65 0d 0a                                       me..

# 响应
0000   24 36 0d 0a 68 75 69 68 75 69 0d 0a               $6..huihui..
-------------------------------------------------------------------------
redis:0>hgetall myHash

0000   2a 32 0d 0a 24 37 0d 0a 68 67 65 74 61 6c 6c 0d   *2..$7..hgetall.
0010   0a 24 36 0d 0a 6d 79 48 61 73 68 0d 0a            .$6..myHash..

# 响应
0000   2a 32 0d 0a 24 34 0d 0a 6e 61 6d 65 0d 0a 24 36   *2..$4..name..$6
0010   0d 0a 68 75 69 68 75 69 0d 0a                     ..huihui..
复制代码

List

redis:0>lpush lists huihui greycode

0000   2a 34 0d 0a 24 35 0d 0a 6c 70 75 73 68 0d 0a 24   *4..$5..lpush..$
0010   35 0d 0a 6c 69 73 74 73 0d 0a 24 36 0d 0a 68 75   5..lists..$6..hu
0020   69 68 75 69 0d 0a 24 38 0d 0a 67 72 65 79 63 6f   ihui..$8..greyco
0030   64 65 0d 0a                                       de..

# 响应
0000   3a 32 0d 0a                                       :2..
-------------------------------------------------------------------------
redis:0>lrange lists 0 1

0000   2a 34 0d 0a 24 36 0d 0a 6c 72 61 6e 67 65 0d 0a   *4..$6..lrange..
0010   24 35 0d 0a 6c 69 73 74 73 0d 0a 24 31 0d 0a 30   $5..lists..$1..0
0020   0d 0a 24 31 0d 0a 31 0d 0a                        ..$1..1..

# 响应
0000   2a 32 0d 0a 24 38 0d 0a 67 72 65 79 63 6f 64 65   *2..$8..greycode
0010   0d 0a 24 36 0d 0a 68 75 69 68 75 69 0d 0a         ..$6..huihui..
复制代码

Collection Set

redis:0>sadd myset hello hi

0000   2a 34 0d 0a 24 34 0d 0a 73 61 64 64 0d 0a 24 35   *4..$4..sadd..$5
0010   0d 0a 6d 79 73 65 74 0d 0a 24 35 0d 0a 68 65 6c   ..myset..$5..hel
0020   6c 6f 0d 0a 24 32 0d 0a 68 69 0d 0a               lo..$2..hi..

# 响应
0000   3a 32 0d 0a                                       :2..
-------------------------------------------------------------------------
redis:0>smembers myset

0000   2a 32 0d 0a 24 38 0d 0a 73 6d 65 6d 62 65 72 73   *2..$8..smembers
0010   0d 0a 24 35 0d 0a 6d 79 73 65 74 0d 0a            ..$5..myset..

#响应
0000   2a 32 0d 0a 24 35 0d 0a 68 65 6c 6c 6f 0d 0a 24   *2..$5..hello..$
0010   32 0d 0a 68 69 0d 0a                              2..hi..
复制代码

sorted set ZSet

redis:0>zadd myZset 1 hello 2 world

0000   2a 36 0d 0a 24 34 0d 0a 7a 61 64 64 0d 0a 24 36   *6..$4..zadd..$6
0010   0d 0a 6d 79 5a 73 65 74 0d 0a 24 31 0d 0a 31 0d   ..myZset..$1..1.
0020   0a 24 35 0d 0a 68 65 6c 6c 6f 0d 0a 24 31 0d 0a   .$5..hello..$1..
0030   32 0d 0a 24 35 0d 0a 77 6f 72 6c 64 0d 0a         2..$5..world..

# 响应
0000   3a 32 0d 0a                                       :2..
-------------------------------------------------------------------------
redis:0>zrange myset 0 -1

0000   2a 34 0d 0a 24 36 0d 0a 7a 72 61 6e 67 65 0d 0a   *4..$6..zrange..
0010   24 36 0d 0a 6d 79 5a 73 65 74 0d 0a 24 31 0d 0a   $6..myZset..$1..
0020   30 0d 0a 24 32 0d 0a 2d 31 0d 0a                  0..$2..-1..

# 响应
0000   2a 32 0d 0a 24 35 0d 0a 68 65 6c 6c 6f 0d 0a 24   *2..$5..hello..$
0010   35 0d 0a 77 6f 72 6c 64 0d 0a                     5..world..
复制代码

Pipeline

Redis executes the Pipeline command, which can send multiple commands in one data packet at a time, and then the server packages the execution results of all commands into a data packet and returns it to the client, so that system overhead can be reduced when executing a large number of commands. For example, if we want to execute set num 998and incr numthese two commands, then we can assemble these two commands separately and then splicing them together and send them to the server.

0000   2a 33 0d 0a 24 33 0d 0a 73 65 74 0d 0a 24 33 0d   *3..$3..set..$3.
0010   0a 6e 75 6d 0d 0a 24 33 0d 0a 39 39 38 0d 0a 2a   .num..$3..998..*
0020   32 0d 0a 24 34 0d 0a 69 6e 63 72 0d 0a 24 33 0d   2..$4..incr..$3.
0030   0a 6e 75 6d 0d 0a                                 .num..
复制代码

After the server receives the data packet, it processes each command, and then returns the result in a package.

0000   2b 4f 4b 0d 0a 3a 39 39 39 0d 0a                  +OK..:999..
复制代码

Among them, set num 998the result of the command is: OK

incr numThe result is: 999

Code

After understanding the rules of the above interaction protocol, we can write a Redis client by ourselves to communicate with the Redis server.

Complete code address: gist.github.com/greycodee/4…