基于Golang如何实现Redis协议解析器

这篇文章主要介绍了基于Golang如何实现Redis协议解析器的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇基于Golang如何实现Redis协议解析器文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。

RESP协议

RESP是客户端与服务端通信的协议，格式有五种：

正常回复：以“+”开头，以“\r\n”结尾的字符串形式

错误回复：以“-”开头，以“\r\n”结尾的字符串形式

整数：以“:”开头，以“\r\n”结尾的字符串形式

多行字符串：以“$”开头，后跟实际发送字节数，再以“\r\n”开头和结尾

$3\r\nabc\r\n

数组：以“*”开头，后跟成员个数

SET key value
*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n

客户端和服务器发送的命令或数据一律以 \r\n （CRLF）作为换行符。

当我们输入*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n这样一串命令，服务端接收到的是如下的命令：
*3\r\n
$3\r\n
SET\r\n
$3\r\n
key\r\n
$5\r\n
value\r\n

interface/resp/conn.go

type Connection interface {   Write([]byte) error   GetDBIndex() int   SelectDB(int)}interface/resp/reply.gotype Reply interface {ToBytes() []byte}

• Connection接口：Redis客户端的一个连接

• Write：给客户端回复消息

• GetDBIndex：Redis有16个DB

• Reply接口：响应接口

resp/reply/consts.go

type PongReply struct{}var pongBytes = []byte("+PONG\r\n")func (r *PongReply) ToBytes() []byte {    return pongBytes}var thePongReply = new(PongReply)func MakePongReply() *PongReply {    return thePongReply}type OkReply struct{}var okBytes = []byte("+OK\r\n")func (r *OkReply) ToBytes() []byte {    return okBytes}var theOkReply = new(OkReply)func MakeOkReply() *OkReply {    return theOkReply}var nullBulkBytes = []byte("$-1\r\n")type NullBulkReply struct{}func (r *NullBulkReply) ToBytes() []byte {    return nullBulkBytes}func MakeNullBulkReply() *NullBulkReply {    return &NullBulkReply{}}var emptyMultiBulkBytes = []byte("*0\r\n")type EmptyMultiBulkReply struct{}func (r *EmptyMultiBulkReply) ToBytes() []byte {    return emptyMultiBulkBytes}type NoReply struct{}var noBytes = []byte("")func (r *NoReply) ToBytes() []byte {    return noBytes}

定义五种回复：回复pong，ok，null，空数组，空

resp/reply/reply.go

type ErrorReply interface {   Error() string   ToBytes() []byte}

ErrorReply：定义错误接口

resp/reply/errors.go

type UnknownErrReply struct{}var unknownErrBytes = []byte("-Err unknown\r\n")func (r *UnknownErrReply) ToBytes() []byte {   return unknownErrBytes}func (r *UnknownErrReply) Error() string {   return "Err unknown"}type ArgNumErrReply struct {   Cmd string}func (r *ArgNumErrReply) ToBytes() []byte {   return []byte("-ERR wrong number of arguments for '" + r.Cmd + "' command\r\n")}func (r *ArgNumErrReply) Error() string {   return "ERR wrong number of arguments for '" + r.Cmd + "' command"}func MakeArgNumErrReply(cmd string) *ArgNumErrReply {   return &ArgNumErrReply{      Cmd: cmd,   }}type SyntaxErrReply struct{}var syntaxErrBytes = []byte("-Err syntax error\r\n")var theSyntaxErrReply = &SyntaxErrReply{}func MakeSyntaxErrReply() *SyntaxErrReply {   return theSyntaxErrReply}func (r *SyntaxErrReply) ToBytes() []byte {   return syntaxErrBytes}func (r *SyntaxErrReply) Error() string {   return "Err syntax error"}type WrongTypeErrReply struct{}var wrongTypeErrBytes = []byte("-WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value\r\n")func (r *WrongTypeErrReply) ToBytes() []byte {   return wrongTypeErrBytes}func (r *WrongTypeErrReply) Error() string {   return "WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value"}type ProtocolErrReply struct {   Msg string}func (r *ProtocolErrReply) ToBytes() []byte {   return []byte("-ERR Protocol error: '" + r.Msg + "'\r\n")}func (r *ProtocolErrReply) Error() string {   return "ERR Protocol error: '" + r.Msg}

errors定义5种错误：UnknownErrReply 未知错误，ArgNumErrReply 参数个数错误，SyntaxErrReply 语法错误，WrongTypeErrReply 数据类型错误，ProtocolErrReply 协议错误

resp/reply/reply.go

var (   nullBulkReplyBytes = []byte("$-1")   // 协议的结尾   CRLF = "\r\n")type BulkReply struct {   Arg []byte}func MakeBulkReply(arg []byte) *BulkReply {   return &BulkReply{      Arg: arg,   }}func (r *BulkReply) ToBytes() []byte {   if len(r.Arg) == 0 {      return nullBulkReplyBytes   }   return []byte("$" + strconv.Itoa(len(r.Arg)) + CRLF + string(r.Arg) + CRLF)}type MultiBulkReply struct {   Args [][]byte}func (r *MultiBulkReply) ToBytes() []byte {   argLen := len(r.Args)   var buf bytes.Buffer   buf.WriteString("*" + strconv.Itoa(argLen) + CRLF)   for _, arg := range r.Args {      if arg == nil {         buf.WriteString("$-1" + CRLF)      } else {         buf.WriteString("$" + strconv.Itoa(len(arg)) + CRLF + string(arg) + CRLF)      }   }   return buf.Bytes()}func MakeMultiBulkReply(args [][]byte) *MultiBulkReply {   return &MultiBulkReply{      Args: args,   }}type StatusReply struct {   Status string}func MakeStatusReply(status string) *StatusReply {   return &StatusReply{      Status: status,   }}func (r *StatusReply) ToBytes() []byte {   return []byte("+" + r.Status + CRLF)}type IntReply struct {   Code int64}func MakeIntReply(code int64) *IntReply {   return &IntReply{      Code: code,   }}func (r *IntReply) ToBytes() []byte {   return []byte(":" + strconv.FormatInt(r.Code, 10) + CRLF)}type StandardErrReply struct {   Status string}func (r *StandardErrReply) ToBytes() []byte {   return []byte("-" + r.Status + CRLF)}func (r *StandardErrReply) Error() string {   return r.Status}func MakeErrReply(status string) *StandardErrReply {   return &StandardErrReply{      Status: status,   }}func IsErrorReply(reply resp.Reply) bool {   return reply.ToBytes()[0] == '-'}

• BulkReply：回复一个字符串

• MultiBulkReply：回复字符串数组

• StatusReply：状态回复

• IntReply：数字回复

• StandardErrReply：标准错误回复

• IsErrorReply：判断是否为错误回复

• ToBytes：将字符串转成RESP协议规定的格式

resp/parser/parser.go

type Payload struct {   Data resp.Reply   Err  error}type readState struct {   readingMultiLine  bool        expectedArgsCount int        msgType           byte       args              [][]byte    bulkLen           int64    }func (s *readState) finished() bool {   return s.expectedArgsCount > 0 && len(s.args) == s.expectedArgsCount}func ParseStream(reader io.Reader) <-chan *Payload {   ch := make(chan *Payload)   go parse0(reader, ch)   return ch}func parse0(reader io.Reader, ch chan<- *Payload) { ......}

Payload结构体：客服端给我们发的数据

Reply：客户端与服务端互相发的数据都称为Reply

readState结构体：

• readingMultiLine：解析单行还是多行数据

• expectedArgsCount：应该读取的参数个数

• msgType：消息类型

• args：消息内容

• bulkLen：数据长度

finished方法：判断解析是否完成

ParseStream方法：异步解析数据后放入管道，返回管道数据

func readLine(bufReader *bufio.Reader, state *readState) ([]byte, bool, error) {   var msg []byte   var err error   if state.bulkLen == 0 {      msg, err = bufReader.ReadBytes('\n')      if err != nil {         return nil, true, err      }      if len(msg) == 0 || msg[len(msg)-2] != '\r' {         return nil, false, errors.New("protocol error: " + string(msg))      }   } else {      msg = make([]byte, state.bulkLen+2)      _, err = io.ReadFull(bufReader, msg)      if err != nil {         return nil, true, err      }      if len(msg) == 0 || msg[len(msg)-2] != '\r' || msg[len(msg)-1] != '\n' {         return nil, false, errors.New("protocol error: " + string(msg))      }      state.bulkLen = 0   }   return msg, false, nil}

readLine：一行一行的读取。读正常的行，以\n分隔。读正文中包含\r\n字符的行时，state.bulkLen加上换行符\r\n（state.bulkLen+2）

func parseMultiBulkHeader(msg []byte, state *readState) error {   var err error   var expectedLine uint64   expectedLine, err = strconv.ParseUint(string(msg[1:len(msg)-2]), 10, 32)   if err != nil {      return errors.New("protocol error: " + string(msg))   }   if expectedLine == 0 {      state.expectedArgsCount = 0      return nil   } else if expectedLine > 0 {      state.msgType = msg[0]      state.readingMultiLine = true      state.expectedArgsCount = int(expectedLine)      state.args = make([][]byte, 0, expectedLine)      return nil   } else {      return errors.New("protocol error: " + string(msg))   }}func parseBulkHeader(msg []byte, state *readState) error {   var err error   state.bulkLen, err = strconv.ParseInt(string(msg[1:len(msg)-2]), 10, 64)   if err != nil {      return errors.New("protocol error: " + string(msg))   }   if state.bulkLen == -1 { // null bulk      return nil   } else if state.bulkLen > 0 {      state.msgType = msg[0]      state.readingMultiLine = true      state.expectedArgsCount = 1      state.args = make([][]byte, 0, 1)      return nil   } else {      return errors.New("protocol error: " + string(msg))   }}

parseMultiBulkHeader：解析数组的头部，设置期望的行数和相关参数。

parseBulkHeader：解析多行字符串的头部。

func parseSingleLineReply(msg []byte) (resp.Reply, error) {   str := strings.TrimSuffix(string(msg), "\r\n")   var result resp.Reply   switch msg[0] {   case '+': // status reply      result = reply.MakeStatusReply(str[1:])   case '-': // err reply      result = reply.MakeErrReply(str[1:])   case ':': // int reply      val, err := strconv.ParseInt(str[1:], 10, 64)      if err != nil {         return nil, errors.New("protocol error: " + string(msg))      }      result = reply.MakeIntReply(val)   }   return result, nil}func readBody(msg []byte, state *readState) error {   line := msg[0 : len(msg)-2]   var err error   if line[0] == '$' {      // bulk reply      state.bulkLen, err = strconv.ParseInt(string(line[1:]), 10, 64)      if err != nil {         return errors.New("protocol error: " + string(msg))      }      if state.bulkLen <= 0 { // null bulk in multi bulks         state.args = append(state.args, []byte{})         state.bulkLen = 0      }   } else {      state.args = append(state.args, line)   }   return nil}

parseSingleLineReply：解析单行命令

readBody：读取多行的命令，如果是$开头，设置bulkLen，读取下一行时根据这个+2，不是$开头则直接添加到args

func parse0(reader io.Reader, ch chan<- *Payload) {    defer func() {       if err := recover(); err != nil {          logger.Error(string(debug.Stack()))      }   }()    bufReader := bufio.NewReader(reader)    var state readState    var err error    var msg []byte    for {       var ioErr bool       msg, ioErr, err = readLine(bufReader, &state)       if err != nil {          if ioErr {             ch <- &Payload{                Err: err,            }             close(ch)             return         }          ch <- &Payload{             Err: err,         }          state = readState{}          continue      }       if !state.readingMultiLine {          if msg[0] == '*' {             // multi bulk reply             err = parseMultiBulkHeader(msg, &state)             if err != nil {                ch <- &Payload{                   Err: errors.New("protocol error: " + string(msg)),               }                state = readState{}                continue            }             if state.expectedArgsCount == 0 {                ch <- &Payload{                   Data: &reply.EmptyMultiBulkReply{},               }                state = readState{}                continue            }         } else if msg[0] == '$' { // bulk reply             err = parseBulkHeader(msg, &state)             if err != nil {                ch <- &Payload{                   Err: errors.New("protocol error: " + string(msg)),               }                state = readState{} // reset state                continue            }             if state.bulkLen == -1 { // null bulk reply                ch <- &Payload{                   Data: &reply.NullBulkReply{},               }                state = readState{} // reset state                continue            }         } else {             // single line reply             result, err := parseSingleLineReply(msg)             ch <- &Payload{                Data: result,                Err:  err,            }             state = readState{} // reset state             continue         }      } else {          // read bulk reply          err = readBody(msg, &state)          if err != nil {             ch <- &Payload{                Err: errors.New("protocol error: " + string(msg)),            }             state = readState{} // reset state             continue         }          // if sending finished          if state.finished() {             var result resp.Reply             if state.msgType == '*' {                result = reply.MakeMultiBulkReply(state.args)            } else if state.msgType == '$' {                result = reply.MakeBulkReply(state.args[0])            }             ch <- &Payload{                Data: result,                Err:  err,            }             state = readState{}         }      }   }}

parse0：解析指令，解析完成后通过channel发出去

resp/connection/conn.go

type Connection struct {    conn net.Conn    waitingReply wait.Wait    mu sync.Mutex // 避免多个协程往客户端中写    selectedDB int}func NewConn(conn net.Conn) *Connection {    return &Connection{        conn: conn,    }}func (c *Connection) RemoteAddr() net.Addr {    return c.conn.RemoteAddr()}func (c *Connection) Close() error {    c.waitingReply.WaitWithTimeout(10 * time.Second)    _ = c.conn.Close()    return nil}func (c *Connection) Write(b []byte) error {    if len(b) == 0 {        return nil    }    c.mu.Lock()    c.waitingReply.Add(1)    defer func() {        c.waitingReply.Done()        c.mu.Unlock()    }()    _, err := c.conn.Write(b)    return err}func (c *Connection) GetDBIndex() int {    return c.selectedDB}func (c *Connection) SelectDB(dbNum int) {    c.selectedDB = dbNum}

之前写的EchoHandler是用户传过来什么，我们传回去什么。现在要写一个RespHandler来代替EchoHandler，让解析器来解析。RespHandler中要有一个管理客户端连接的结构体Connection。

Connection：客户端连接，在协议层的handler中会用到

resp/handler/handler.go

var (   unknownErrReplyBytes = []byte("-ERR unknown\r\n"))type RespHandler struct {   activeConn sync.Map   db         databaseface.Database   closing    atomic.Boolean}func MakeHandler() *RespHandler {   var db databaseface.Database   db = database.NewEchoDatabase()   return &RespHandler{      db: db,   }}func (h *RespHandler) closeClient(client *connection.Connection) {   _ = client.Close()   h.db.AfterClientClose(client)   h.activeConn.Delete(client)}func (h *RespHandler) Handle(ctx context.Context, conn net.Conn) {   if h.closing.Get() {      // closing handler refuse new connection      _ = conn.Close()   }   client := connection.NewConn(conn)   h.activeConn.Store(client, 1)   ch := parser.ParseStream(conn)   for payload := range ch {      if payload.Err != nil {         if payload.Err == io.EOF ||            payload.Err == io.ErrUnexpectedEOF ||            strings.Contains(payload.Err.Error(), "use of closed network connection") {            // connection closed            h.closeClient(client)            logger.Info("connection closed: " + client.RemoteAddr().String())            return         }         // protocol err         errReply := reply.MakeErrReply(payload.Err.Error())         err := client.Write(errReply.ToBytes())         if err != nil {            h.closeClient(client)            logger.Info("connection closed: " + client.RemoteAddr().String())            return         }         continue      }      if payload.Data == nil {         logger.Error("empty payload")         continue      }      r, ok := payload.Data.(*reply.MultiBulkReply)      if !ok {         logger.Error("require multi bulk reply")         continue      }      result := h.db.Exec(client, r.Args)      if result != nil {         _ = client.Write(result.ToBytes())      } else {         _ = client.Write(unknownErrReplyBytes)      }   }}func (h *RespHandler) Close() error {   logger.Info("handler shutting down...")   h.closing.Set(true)   // TODO: concurrent wait   h.activeConn.Range(func(key interface{}, val interface{}) bool {      client := key.(*connection.Connection)      _ = client.Close()      return true   })   h.db.Close()   return nil}

RespHandler：和之前的echo类似，加了核心层的db.exec执行解析的指令

interface/database/database.go

type CmdLine = [][]bytetype Database interface {Exec(client resp.Connection, args [][]byte) resp.ReplyAfterClientClose(c resp.Connection)Close()}type DataEntity struct {Data interface{}}

Exec：核心层的执行

AfterClientClose：关闭之后的善后方法

CmdLine：二维字节数组的指令别名

DataEntity：表示Redis的数据，包括string, list, set等等

database/echo_database.go

type EchoDatabase struct {}func NewEchoDatabase() *EchoDatabase {   return &EchoDatabase{}}func (e EchoDatabase) Exec(client resp.Connection, args [][]byte) resp.Reply {   return reply.MakeMultiBulkReply(args)}func (e EchoDatabase) AfterClientClose(c resp.Connection) {   logger.Info("EchoDatabase AfterClientClose")}func (e EchoDatabase) Close() {   logger.Info("EchoDatabase Close")}

echo_database：测试协议层

Exec：指令解析后，再使用MakeMultiBulkReply包装一下返回去

main.go

err := tcp.ListenAndServeWithSignal(   &tcp.Config{      Address: fmt.Sprintf("%s:%d",         config.Properties.Bind,         config.Properties.Port),   },   handler.MakeHandler())if err != nil {   logger.Error(err)}

main改成刚才写的：handler.MakeHandler()

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