Redis の原則 - 通信プロトコル RESP

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RESPプロトコル

Redis は CS アーキテクチャソフトウェアであり、通信は通常 2 つのステップに分かれています (パイプラインと PubSub を除く)。

クライアント（クライアント）がサーバー（サーバー）にコマンドを送信します。
サーバーはコマンドを解析して実行し、応答結果をクライアントに返します。

そのため、クライアントが送信するコマンドの形式とサーバーの応答結果の仕様が必要となり、この仕様が通信プロトコルとなります。

CSアーキテクチャ

CS アーキテクチャは通常、サーバーとクライアントを指します。サーバー-クライアント、つまりクライアント-サーバー (C/S) 構造。C/S 構造は通常 2 層構造を採用します。サーバーはデータ管理を担当し、クライアントはユーザーとの対話型タスクを完了する責任を負います。

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Redis では、RESP (Redis Sericlization Protocol) プロトコルが使用されます。

Redis バージョン 1.2 では RESP プロトコルが導入されました
Redis 2.0 バージョンでは、Redis サーバーと通信するための標準となり、RESP 2 となりました。
Resis バージョン 6.0 では、プロトコルが RESP2 から RESP3 にアップグレードされ、より多くのデータ型が追加され、6.0 の新機能であるクライアントキャッシュがサポートされました。

ただし、現時点では RESP2 プロトコルがデフォルトで使用されており、これは私たちが注目する必要があるプロトコルでもあります。

RESP では、最初のバイトの文字はさまざまなデータ型を区別するために使用され、一般的に使用されるデータ型には次の 5 種類があります。

単一行文字列: 最初のバイトは '+' で、その後に CRLF ("\r\n") で終わる単一行文字列が続きます。たとえば、"OK" を返します: "+OK\r\n"
エラー: 最初のバイトは「-」で、文字列が例外メッセージである点を除き、単一行の文字列形式と同じです。例: "-Error message\r\n"
値: 最初のバイトは「:」で、その後に CRLF で終わる数値形式の文字列が続きます。例: 「:10\r\n」
複数行の文字列: 最初のバイトは「$」です。これはバイナリセーフ文字列を意味し、最大サポートは 512 MB です。
- サイズが 0 の場合、空の文字列を表します: "$0\r\n\r\n"
- サイズが -1 の場合は、存在しないことを意味します: "$-1\r\n"

このメソッドは、文字列の長さを記録することで、特殊文字の文字列を保存するという目的を達成します。たとえば、 hello文字列を保存する場合、基礎となるストレージは「$5\r\nhello\r\n」になります。

配列: 最初のバイトは '*' で、その後に配列内の要素の数が続き、その後に要素が続きます。要素のデータ型には制限はなく、上記のすべての型にすることができ、配列にすることもできます。例えば：

*4\r\n
$3\r\nset\r\n
$4\r\nname\r\n
$6\r\n小鹏\r\n
*2\r\n$3\r\nage\r\n:10\r\n

漢字。それぞれ 3 バイトを占めます。

#カスタムクライアント

ソケットに基づいて Redis クライアントをカスタマイズします。

class MyRedisClient{
    static Socket s;
    static PrintWriter writer;
    static BufferedReader reader;
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 1.建立连接
            String host = "127.0.0.1";
            int port = 6379;
            s = new Socket(host, port);
            // 2.获取输出流、输入流
            writer = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8));
            reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8));

            // 3.发出请求
            // 3.1.获取授权 auth codermast
            sendRequest("auth", "codermast");
            Object obj = handleResponse();
            System.out.println("obj = " + obj);

            // 3.2.set name 小鹏
            sendRequest("set", "name", "小鹏");
            // 4.解析响应
            obj = handleResponse();
            System.out.println("obj = " + obj);

            // 3.2.set name 小鹏
            sendRequest("get", "name");
            // 4.解析响应
            obj = handleResponse();
            System.out.println("obj = " + obj);

            // 3.2.set name 小鹏
            sendRequest("mget", "name", "num", "msg");
            // 4.解析响应
            obj = handleResponse();
            System.out.println("obj = " + obj);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 5.释放连接
            try {
                if (reader != null) reader.close();
                if (writer != null) writer.close();
                if (s != null) s.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private static Object handleResponse() throws IOException {
        // 读取首字节
        int prefix = reader.read();
        // 判断数据类型标示
        switch (prefix) {
            case '+': // 单行字符串，直接读一行
                return reader.readLine();
            case '-': // 异常，也读一行
                throw new RuntimeException(reader.readLine());
            case ':': // 数字
                return Long.parseLong(reader.readLine());
            case '$': // 多行字符串
                // 先读长度
                int len = Integer.parseInt(reader.readLine());
                if (len == -1) {
                    return null;
                }
                if (len == 0) {
                    return "";
                }
                // 再读数据,读len个字节。我们假设没有特殊字符，所以读一行（简化）
                return reader.readLine();
            case '*':
                return readBulkString();
            default:
                throw new RuntimeException("错误的数据格式！");
        }
    }

    private static Object readBulkString() throws IOException {
        // 获取数组大小
        int len = Integer.parseInt(reader.readLine());
        if (len <= 0) {
            return null;
        }
        // 定义集合，接收多个元素
        List<Object> list = new ArrayList<>(len);
        // 遍历，依次读取每个元素
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            list.add(handleResponse());
        }
        return list;
    }

    // set name 小鹏
    private static void sendRequest(String ... args) {
        writer.println("*" + args.length);
        for (String arg : args) {
            writer.println("$" + arg.getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length);
            writer.println(arg);
        }
        writer.flush();
    }
}