網(wǎng)絡(luò)通信離不開各種各樣的協(xié)議，著名的tcp历谍，http等協(xié)議構(gòu)建了我們常見的web應(yīng)用现拒。http協(xié)議是基于tcp的應(yīng)用層協(xié)議。同樣的望侈，redis的協(xié)議也是基于tcp的應(yīng)用層協(xié)議印蔬，即RESP（REdis Serialization Protocol）。

RESP設(shè)計(jì)巧妙脱衙，它的追求在于下面三個(gè)方面：

• 易于實(shí)現(xiàn)
• 解析高效
• 易于人讀

協(xié)議基礎(chǔ)

RESP協(xié)議規(guī)定侥猬，客戶端通過tcp網(wǎng)絡(luò)連接到redis服務(wù)器。通信過程類似一問一答的方式捐韩，與HTTP類似退唠，客戶端發(fā)送命令請(qǐng)求到服務(wù)器，服務(wù)器執(zhí)行時(shí)候返回結(jié)果荤胁。

客戶端和服務(wù)器發(fā)送的命令或數(shù)據(jù)一律以 \r\n （CRLF）結(jié)尾瞧预。正式因?yàn)镃RLF的存在，讓redis的解析十分方便和可讀寨蹋。

請(qǐng)求協(xié)議

我們知道松蒜，redis數(shù)據(jù)庫操作的命令無非就三種，第一中是不帶參數(shù)的命令已旧，例如PING秸苗， FLUSHDB；其次是帶有參數(shù)的讀取命令运褪，例如GET key惊楼，LLEN queue；還有帶有參數(shù)并設(shè)置值的寫操作秸讹，例如 SET hello world檀咙，CONFIG SET TIMEOUT 30。

命令和參數(shù)之間璃诀，通常都是用空格隔開弧可。RESP協(xié)議規(guī)定，這樣的請(qǐng)求中劣欢，命令和各參數(shù)之間必須使用CRLF分割棕诵，同時(shí)還必須提供命令頭標(biāo)簽，即token凿将。字節(jié)串的第一個(gè)字符到CRLF的內(nèi)容即為頭標(biāo)簽校套。

參數(shù)中的字符串和數(shù)字

字串

一個(gè)redis數(shù)據(jù)庫操作包含命令+參數(shù)。當(dāng)然有的命令參數(shù)可以省略牧抵。無論編碼命令還是參數(shù)笛匙，其編碼方式都是一樣的侨把。

命令中，無論請(qǐng)求和返回的結(jié)果妹孙，無怪乎就只有字符串和數(shù)字秋柄。編碼字符串的格式如下：

$ + string_length + string + CRLF，即以$符號(hào)開頭蠢正，然后跟字節(jié)串的長(zhǎng)度华匾，然后跟著一個(gè)CRLF，再然后就是字節(jié)串本身机隙，最后以一個(gè)CRLF結(jié)尾蜘拉。

例如 hello編碼成 $5\r\nhello\r\n， 21.7編碼成$3\r\n21.7\r\n有鹿。其中$5\r\n和$3\r\n都是Token旭旭。

數(shù)字

數(shù)字類型和字符串類似，不同的在于數(shù)字使用:開頭葱跋，同時(shí)不需要說明數(shù)字的長(zhǎng)度持寄。

: + number + \r\n，即:開頭娱俺，然后跟著數(shù)字稍味，最后以CRLF結(jié)尾即可。

注意荠卷，redis中絕大多數(shù)參數(shù)都是字串模庐，只有返回響應(yīng)的時(shí)候會(huì)處理數(shù)字類型，例如incr操作油宜。其他情況下掂碱，請(qǐng)求的參數(shù)，還是返回響
應(yīng)中的數(shù)字慎冤，其實(shí)都是數(shù)字字符串疼燥。例如下面是一個(gè)集合，返回元素的時(shí)候蚁堤，里面的元素都是字串

127.0.0.1:6379> sadd set hello
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd set 世界
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd set 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd set 21.7
(integer) 1
127.0.0.1:6379> smembers set
1) "1"
2) "21.7"
3) "\xe4\xb8\x96\xe7\x95\x8c"
4) "hello"

sadd的set的參數(shù)中醉者，1，和21.7都是字串類型披诗，返回自然是字串撬即，而返回表示sadd成功的則是數(shù)字類型。所有請(qǐng)求的命令都是字串類型藤巢，哪怕寫的是數(shù)字字面量搞莺，redis最終還是當(dāng)成字串處理息罗。

編碼命令

上面我們了解單獨(dú)的命令和參數(shù)的編碼方式掂咒。下面介紹命令+參數(shù)的組合編碼方式。

組合編碼也很簡(jiǎn)單，無非就是將編碼的命令（字符串）拼接起來绍刮，同時(shí)再最開始追加一個(gè)* + 組合命令或參數(shù)的個(gè)數(shù)的方式：

*<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

例如 PING 編碼字符串的方式為$4\r\nPING\r\n温圆，組合的編碼為*1\r\n$4\r\nPING\r\n。即

*1
$4
PING

GET hello編碼為*2\r\n$3\r\nGET\r\n$5\r\nhello\r\n

*2
$3
GET
$5
hello

GET和hello兩個(gè)字符串分別編碼孩革，然后組合起來岁歉，編碼了兩個(gè)參數(shù)，因此*后面跟著是2膝蜈。

再看一個(gè)例子锅移，SET 中國 21.7的將編碼成*3\r\n$3\r\nSET\r\n$6\r\n\xe4\xb8\xad\xe5\x9b\xbd\r\n$4\r\n21.7\r\n

*3
$3
SET
$6
\xe4\xb8\xad\xe5\x9b\xbd
$4
21.7

漢字中國的按照utf-8編碼的方式編碼成bytes為*\xe4\xb8\xad\xe5\x9b\xbd，一個(gè)漢字三個(gè)字節(jié)饱搏，因此中國的長(zhǎng)度是6非剃。

python3的字串原生支持unicode，計(jì)算機(jī)操作字串的時(shí)候是unicode推沸，當(dāng)需要網(wǎng)絡(luò)傳輸和寫入文件的時(shí)候备绽，都必須把unicode的字串編碼成bytes結(jié)構(gòu)。同理鬓催，當(dāng)從網(wǎng)絡(luò)或者文件中讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候肺素，也需要解碼成unicode。目前國際通用的編碼方式以utf-8為主宇驾。

值得注意的是倍靡，將命令參數(shù)組合的編碼方式，不僅是請(qǐng)求的時(shí)候如此课舍，在redis的響應(yīng)回復(fù)中菌瘫，其中的多批量回復(fù)（multi-bulk reply）也是采用了同樣的編碼方式返回。

無論單獨(dú)編碼數(shù)字布卡，字串還是命令組合雨让，我們都把開頭到第一個(gè)CRLF的內(nèi)容看成頭標(biāo)簽（Token）。

響應(yīng)協(xié)議

既然有請(qǐng)求的協(xié)議規(guī)定忿等，當(dāng)然也有響應(yīng)回復(fù)的協(xié)議栖忠。請(qǐng)求的命令已經(jīng)介紹了三種，其差別就在于參數(shù)的個(gè)數(shù)贸街。對(duì)于響應(yīng)的回復(fù)庵寞，則會(huì)比請(qǐng)求的情況更多。

RESP協(xié)議規(guī)定薛匪，所有答復(fù)的第一個(gè)字節(jié)規(guī)定了響應(yīng)答復(fù)的類型捐川，后除了類型之外，和請(qǐng)求中編碼字符串和數(shù)字的類似逸尖。響應(yīng)大概類型如下：

• 狀態(tài)回復(fù)（status reply）的第一個(gè)字節(jié)是 +
• 錯(cuò)誤回復(fù)（error reply）的第一個(gè)字節(jié)是 -
• 整數(shù)回復(fù)（integer reply）的第一個(gè)字節(jié)是 :
• 批量回復(fù)（bulk reply）的第一個(gè)字節(jié)是 $
• 多條批量回復(fù)（multi bulk reply）的第一個(gè)字節(jié)是 *

狀態(tài)回復(fù)

對(duì)于客戶端命令古沥，執(zhí)行一個(gè)查詢或者一個(gè)寫入操作瘸右，通常會(huì)返回操作的是否成功的狀態(tài)判定。狀態(tài)回復(fù)是單行回復(fù)岩齿。例如上面ping命令的返回就是ok太颤。

ok的狀態(tài)的編碼返回為+OK\r\n，雖然OK也是字串盹沈，但是在狀態(tài)中返回龄章，我們只需要知道狀態(tài)結(jié)果，不需要顯示的告訴返回多少字符乞封，后面可以知道做裙，字符串編碼的時(shí)候需要標(biāo)記字符數(shù)，純粹是為了讀取socket的時(shí)候肃晚，確定分包邊界菇用。由于狀態(tài)回復(fù)只是單行字串，因此最后一個(gè)CRLF就能確定包的分界陷揪。

錯(cuò)誤回復(fù)

與狀態(tài)回復(fù)類似惋鸥，錯(cuò)誤回復(fù)的第一個(gè)字符是-，然后跟著錯(cuò)誤的類型悍缠。錯(cuò)誤類型之后以一個(gè)空格結(jié)束卦绣，然后就是錯(cuò)誤的信息（msg），錯(cuò)誤信息是一段文字飞蚓，可以包含空格滤港，錯(cuò)誤信息結(jié)束之后也依然是一個(gè)CRLF表示回復(fù)結(jié)束。

例如命令不存在的時(shí)候會(huì)返回錯(cuò)誤：

127.0.0.1:6379> hello
(error) ERR unknown command 'hello'
127.0.0.1:6379> set hello world
OK
127.0.0.1:6379> incr hello
(error) ERR value is not an integer or out of range

返回的錯(cuò)誤編碼回復(fù)依次是-ERR unknow command 'hello\r\n'和-ERR value is not an integer or out of range\r\n

整數(shù)回復(fù)

所謂整數(shù)回復(fù)趴拧，即返回?cái)?shù)字類型的回復(fù)溅漾。整數(shù)回復(fù)以:開頭，其后跟著數(shù)字著榴，最后以CRLF結(jié)尾添履。這和之前介紹的數(shù)字編碼的方式一樣。

例如:0\r\n 和 :1000\r\n 都是整數(shù)回復(fù)脑又。什么時(shí)候返回?cái)?shù)字類型呢暮胧？一般是incr數(shù)字操作和一些返回?cái)?shù)字表示邏輯的操作，例如DEL EXISTS等问麸。

127.0.0.1:6379> INCRBYFLOAT float 1.2
"1.2"
127.0.0.1:6379> INCRBYFLOAT float 1.2
"2.4"
127.0.0.1:6379> INCRBY integer 2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> INCRBY integer 2
(integer) 4
127.0.0.1:6379> DEL integer
(integer) 1

INCRBY 和 INCRBYFLOAT都是自增參數(shù)的數(shù)字往衷，前者返回的是數(shù)字類型，后者返回的是字符串類型严卖。也就是我們接下來介紹的批量回復(fù)席舍。

批量回復(fù)

所謂的批量回復(fù)，只redis返回的二進(jìn)制安全的字串哮笆。很大查詢返回都屬于批量回復(fù)来颤。例如上面的例子中汰扭，INCRBYFLOAT的返回即使批量回復(fù)。

批量回復(fù)以$符號(hào)開頭脚曾，然后跟著字符串的長(zhǎng)度值，然后就是CRLF和實(shí)際的字串?dāng)?shù)據(jù)启具，最后以CRLF結(jié)束本讥。和字符串的編碼一模一樣茅糜。

例如查詢命令 get hello捶闸，返回結(jié)果為world的情況下，批量回復(fù)的原始數(shù)據(jù)編碼為$5\r\nworld\r\n消玄。

當(dāng)請(qǐng)求的key的value不存在的時(shí)候薯演，將會(huì)返回-1用于表示長(zhǎng)度的值撞芍。例如get non-existing-key將收到$-1\r\n的返回。對(duì)于這種空回復(fù)跨扮，客戶端語言就可以靈活處理序无，比較推薦的做法就是使用編程語言表示對(duì)象不存在的值，例如python的None衡创，Golang的nil帝嗡。

多批量回復(fù)

常見的返回是批量回復(fù)，此外還有一個(gè)多批量回復(fù)璃氢，顧名思義哟玷，就是多個(gè)批量回復(fù)的組合。操作序列或者集合類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一也，就會(huì)返回多批量回復(fù)巢寡。例如上面的smembers set命令的返回將會(huì)是：

*4\r\n$1\r\n1\r\n$3\r\n21.7\r\n$6\r\n\xe4\xb8\x96\xe7\x95\x8c\r\n$5\r\nhello\r\n

這和我們編碼請(qǐng)求的方式一模一樣。由此可見椰苟，RESP的設(shè)計(jì)非常優(yōu)雅抑月。

多批量回復(fù)是批量回復(fù)的組合，那么也會(huì)有返回-1的情況舆蝴。此外爪幻，當(dāng)讀取一個(gè)集合，如果集合沒有元素须误，則不是返回nil挨稿，而是返回空集合的結(jié)果，接多批量回復(fù)的結(jié)果為*0\r\n京痢。

官網(wǎng)的還給出了一個(gè)例子關(guān)于多批量回復(fù)的空元素奶甘。例如下面的多重批量回復(fù)：

*3
$3
foo
$-1
$3
bar

其中， 回復(fù)中的第二個(gè)元素為空祭椰。因此最終轉(zhuǎn)換成python的對(duì)象應(yīng)該是這樣的：["foo", None, "bar"]臭家。

總結(jié)

RESP的協(xié)議基于tcp的應(yīng)用層協(xié)議疲陕，主要用到了字符和數(shù)字的編碼和CRLF的組合編碼方式。我們認(rèn)識(shí)到字串的編碼和數(shù)字編碼的方式钉赁。請(qǐng)求的時(shí)候使用類似多批量回復(fù)方式編碼蹄殃，回復(fù)的響應(yīng)有多種，可以根據(jù)第一個(gè)字節(jié)做不同情況的處理你踩，比如狀態(tài)回復(fù)诅岩，錯(cuò)誤回復(fù)，批量回復(fù)和多批量回復(fù)带膜。

對(duì)于多批量回復(fù)吩谦，空和無窮的方式也需要考慮，前者會(huì)返回一個(gè)0表示空膝藕，后者會(huì)返回-1表示無窮大（block情況也類似）式廷。

了解了協(xié)議的編碼方式，下一步芭挽，我們就使用代碼實(shí)現(xiàn)這個(gè)協(xié)議的編碼和解碼過程滑废。