原理 2：交头接耳 —— 通信协议

Redis 的作者认为数据库系统的瓶颈一般不在于网络流量，而是数据库自身内部逻辑处理上。所以即使 Redis 使用了浪费流量的文本协议，依然可以取得极高的访问性能。Redis 将所有数据都放在内存，用一个单线程对外提供服务，单个节点在跑满一个 CPU 核心的情况下可以达到了 10w/s 的超高 QPS。

RESP(Redis Serialization Protocol)

RESP 是 Redis 序列化协议的简写。它是一种直观的文本协议，优势在于实现异常简单，解析性能极好。

Redis 协议将传输的结构数据分为 5 种最小单元类型，单元结束时统一加上回车换行符号\r\n。

  1. 单行字符串 以 + 符号开头。
  2. 多行字符串 以 $ 符号开头，后跟字符串长度。
  3. 整数值 以 : 符号开头，后跟整数的字符串形式。
  4. 错误消息 以 - 符号开头。
  5. 数组 以 * 号开头，后跟数组的长度。

单行字符串 hello world

  1. +hello world\r\n

多行字符串 hello world

  1. $11\r\nhello world\r\n

多行字符串当然也可以表示单行字符串。

整数 1024

  1. :1024\r\n

错误 参数类型错误

  1. -WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value\r\n

数组 [1,2,3]

  1. *3\r\n:1\r\n:2\r\n:3\r\n

NULL 用多行字符串表示，不过长度要写成-1。

  1. $-1\r\n

空串 用多行字符串表示，长度填 0。

  1. $0\r\n\r\n

注意这里有两个\r\n。为什么是两个?因为两个\r\n之间,隔的是空串。

客户端 -> 服务器

客户端向服务器发送的指令只有一种格式，多行字符串数组。比如一个简单的 set 指令set author codehole会被序列化成下面的字符串。

  1. *3\r\n$3\r\nset\r\n$6\r\nauthor\r\n$8\r\ncodehole\r\n

在控制台输出这个字符串如下，可以看出这是很好阅读的一种格式。

  1. *3
  2. $3
  3. set
  4. $6
  5. author
  6. $8
  7. codehole

服务器 -> 客户端

服务器向客户端回复的响应要支持多种数据结构，所以消息响应在结构上要复杂不少。不过再复杂的响应消息也是以上 5 中基本类型的组合。

单行字符串响应

  1. 127.0.0.1:6379> set author codehole
  2. OK

这里的 OK 就是单行响应，没有使用引号括起来。

  1. +OK

错误响应

  1. 127.0.0.1:6379> incr author
  2. (error) ERR value is not an integer or out of range

试图对一个字符串进行自增，服务器抛出一个通用的错误。

  1. -ERR value is not an integer or out of range

整数响应

  1. 127.0.0.1:6379> incr books
  2. (integer) 1

这里的1就是整数响应

  1. :1

多行字符串响应

  1. 127.0.0.1:6379> get author
  2. "codehole"

这里使用双引号括起来的字符串就是多行字符串响应

  1. $8
  2. codehole

数组响应

  1. 127.0.0.1:6379> hset info name laoqian
  2. (integer) 1
  3. 127.0.0.1:6379> hset info age 30
  4. (integer) 1
  5. 127.0.0.1:6379> hset info sex male
  6. (integer) 1
  7. 127.0.0.1:6379> hgetall info
  8. 1) "name"
  9. 2) "laoqian"
  10. 3) "age"
  11. 4) "30"
  12. 5) "sex"
  13. 6) "male"

这里的 hgetall 命令返回的就是一个数组，第 0|2|4 位置的字符串是 hash 表的 key，第 1|3|5 位置的字符串是 value，客户端负责将数组组装成字典再返回。

  1. *6
  2. $4
  3. name
  4. $6
  5. laoqian
  6. $3
  7. age
  8. $2
  9. 30
  10. $3
  11. sex
  12. $4
  13. male

嵌套

  1. 127.0.0.1:6379> scan 0
  2. 1) "0"
  3. 2) 1) "info"
  4.    2) "books"
  5.    3) "author"

scan 命令用来扫描服务器包含的所有 key 列表，它是以游标的形式获取，一次只获取一部分。

scan 命令返回的是一个嵌套数组。数组的第一个值表示游标的值，如果这个值为零，说明已经遍历完毕。如果不为零，使用这个值作为 scan 命令的参数进行下一次遍历。数组的第二个值又是一个数组，这个数组就是 key 列表。

  1. *2
  2. $1
  3. 0
  4. *3
  5. $4
  6. info
  7. $5
  8. books
  9. $6
  10. author

小结

Redis 协议里有大量冗余的回车换行符，但是这不影响它成为互联网技术领域非常受欢迎的一个文本协议。有很多开源项目使用 RESP 作为它的通讯协议。在技术领域性能并不总是一切，还有简单性、易理解性和易实现性，这些都需要进行适当权衡。

扩展阅读

如果你想自己实现一套Redis协议的解码器，请阅读老钱的另一篇文章《基于Netty实现Redis协议的编码解码器》