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RESP协议 (Redis Serialization Protocol) 解析

 
  • 2024年 11月07日
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RESP 协议概述

Redis Serialization Protocol (RESP) 是Redis客户端与服务器之间通信的标准协议。它被设计为一个平衡了多种需求的协议：

  • 简单易实现：降低客户端开发难度
  • 解析高效：能够快速处理大量命令
  • 可读性强：便于调试和理解

RESP本质上是一个二进制安全的序列化协议，可以编码多种数据类型，包括整数、字符串、数组等。尽管主要用于Redis，但也可用于其他客户端-服务器项目。

RESP 协议演进

  • Redis 1.2：首次引入RESP协议，使用是可选的
  • Redis 2.0：RESP2成为标准通信协议
  • Redis 6.0：引入RESP3（RESP2的超集），通过HELLO命令支持协议版本升级
  • 当前状态：Redis同时支持RESP2和RESP3，未来可能以RESP3为主

网络层与请求-响应模型

RESP协议通常基于TCP连接（默认端口6379）或Unix套接字使用。它主要遵循请求-响应模型：

  1. 客户端发送命令（格式化为字符串数组）
  2. 服务器处理命令并返回响应

特殊情况下，协议会变为推送模式：

  • 订阅Pub/Sub频道时
  • 执行MONITOR命令时
  • RESP3中的Push类型事件

RESP 数据类型

RESP使用首字节标识数据类型，每个部分以\r\n（CRLF）结束。

RESP2 基本类型

  1. 简单字符串 (Simple String)：+OK\r\n
    • 首字节为+
    • 不能包含CR或LF字符
  2. 错误信息 (Error)：-ERR unknown command\r\n
    • 首字节为-
    • 通常格式为：-ERROR_TYPE error message
  3. 整数 (Integer)：:1000\r\n
    • 首字节为:
    • 表示64位有符号整数
  4. 批量字符串 (Bulk String)：$5\r\nhello\r\n
    • 首字节为$
    • 格式为$长度\r\n数据\r\n
    • 空值表示：$-1\r\n
  5. 数组 (Array)：*2\r\n$3\r\nGET\r\n$4\r\nname\r\n
    • 首字节为*
    • 格式为*元素数量\r\n元素1元素2...
    • 空值表示：*-1\r\n

RESP3 新增类型

RESP3引入了更多语义化的数据类型：

  • 空值 (Null)：_\r\n
  • 布尔值 (Boolean)：#t\r\n或#f\r\n
  • 双精度浮点数 (Double)：,3.14159\r\n
  • 大整数 (Big Number)：(3492890328409238509324850943850943825024385\r\n
  • 批量错误 (Bulk Error)：!21\r\nSYNTAX invalid syntax\r\n
  • 原样字符串 (Verbatim String)：=15\r\ntxt:Some string\r\n
  • 映射 (Map)：%2\r\n+first\r\n:1\r\n+second\r\n:2\r\n
  • 属性 (Attribute)：|1\r\n+ttl\r\n:3600\r\n
  • 集合 (Set)：~3\r\n:1\r\n:2\r\n:3\r\n
  • 推送 (Push)：>2\r\n+message\r\n+hello\r\n

前缀长度的优势

RESP协议最大的特点之一是使用前缀长度来传输数据，这带来几个重要优势：

  1. 二进制安全：可以传输任何字节序列，包括NULL字节和特殊字符
  2. 高效解析：接收方预先知道数据长度，无需扫描寻找终止符
  3. 无需转义：不需要对特殊字符进行编码/转义处理
  4. 简单实现：解析器可以采用单次读取操作，减少复杂度

例如，批量字符串”hello”的编码为：$5\r\nhello\r\n，解析器只需读取长度(5)，然后精确读取5个字节，就能完成一次无歧义的数据读取。

客户端-服务器通信示例

客户端命令（如LLEN mylist）被编码为RESP数组：

*2\r\n$4\r\nLLEN\r\n$6\r\nmylist\r\n

服务器回复（假设长度为48293）：

:48293\r\n

AOF文件格式示例

Redis的AOF持久化文件实际上就是RESP格式的命令序列：

*2\r\n
$6\r\n
SELECT\r\n
$1\r\n
0\r\n
*7\r\n
$4\r\n
mset\r\n
$4\r\n
name\r\n
$6\r\n
yuming\r\n
$3\r\n
age\r\n
$2\r\n
22\r\n
$6\r\n
servsr\r\n
$13\r\n
redis-service\r\n

这个AOF文件包含了两个命令：

  1. SELECT 0 - 选择数据库0
  2. MSET name yuming age 22 servsr redis-service - 设置多个键值对

RESP协议的简洁设计使得Redis能够高效处理大量命令，同时保持了协议的可读性和实现的简单性，是Redis高性能的重要基础之一。

补充： 感觉主要就是有一个前缀长度？

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