使用Java实现Redis客户端

Redis通信协议-RESP协议

Redis是一个CS架构的软件，通信一般分两步（不包括pipeline和PubSub）：

客户端（client）向服务端（server）发送一条命令

服务端解析并执行命令，返回响应结果给客户端

因此客户端发送命令的格式、服务端响应结果的格式必须有一个规范，这个规范就是通信协议。

而在Redis中采用的是RESP（Redis Serialization Protocol）协议：

• Redis 1.2版本引入了RESP协议
• Redis 2.0版本中成为与Redis服务端通信的标准，称为RESP2
• Redis 6.0版本中，从RESP2升级到了RESP3协议，增加了更多数据类型并且支持6.0的新特性--客户端缓存

但目前，默认使用的依然是RESP2协议，也是我们要学习的协议版本（以下简称RESP）。

在RESP中，通过首字节的字符来区分不同数据类型，常用的数据类型包括5种：

• 单行字符串：首字节是 ‘+’ ，后面跟上单行字符串，以CRLF（ "\r\n" ）结尾。例如返回"OK"： "+OK\r\n"
• 错误（Errors）：首字节是 ‘-’ ，与单行字符串格式一样，只是字符串是异常信息，例如："-Error message\r\n"
• 数值：首字节是 ‘:’ ，后面跟上数字格式的字符串，以CRLF结尾。例如：":10\r\n"
• 多行字符串：首字节是 ‘$’ ，表示二进制安全的字符串，最大支持512MB：
  • 如果大小为0，则代表空字符串："$0\r\n\r\n"
  • 如果大小为-1，则代表不存在："$-1\r\n"
• 数组：首字节是 ‘*’，后面跟上数组元素个数，再跟上元素，元素数据类型不限

Redis支持TCP通信，因此我们可以使用Socket来模拟客户端，与Redis服务端建立连接：

public class RedisClient {
    /** Redis中 RESP 协议头 */
    private final static char SIMPLE_STRING = '+';
    private final static char ERRORS = '-';
    private final static char NUMBER = ':';
    private final static char MULTI_STRING = '$';
    private final static char ARRAY = '*';
    private final static String NEW_LINEAR = "\r\n";
	/** Redis服务端连接信息 */
    private final static String CONN_HOST = "localhost";
    private final static Integer CONN_PORT = 6379;
    
    private Socket socket;
    private InputStream is;
    private OutputStream os;

    public RedisClient() {
        try {
            // 使用Socket进行远程连接
            socket = new Socket(CONN_HOST, CONN_PORT);
            is = socket.getInputStream();
            os = socket.getOutputStream();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            close();
        }
    }
	
    public void sendRequest(String msg) throws IOException {
        // 解析命令
        String[] commands = parseCommand(msg);
        // 进行命令的拼接写出
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        // *3\r\n 命令数组头
        sb.append(ARRAY).append(commands.length).append(NEW_LINEAR);
        for (String command : commands) {
            // $4\r\nname\r\n
            sb.append(MULTI_STRING).append(command.length()).append(NEW_LINEAR).append(command).append(NEW_LINEAR);
        }
        os.write(sb.toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        os.flush();
    }

    private String[] parseCommand(String commandStr) {
        return commandStr.split(" ");
    }

    public Object handlerResponse() throws IOException {
        int read = is.read();
        switch (read) {
            case SIMPLE_STRING:
            case ERRORS:
                return new BufferedReader(new InputStreamReader(is)).readLine();
            case NUMBER:
                return readNumber();
            case MULTI_STRING:
                return readMulti();
            case ARRAY:
                return readArrays();
            default:
                throw new RuntimeException("结果有误");
        }
    }

    private Object readMulti() throws IOException {
        int count = readNumber().intValue();
        if (count == -1) {
            return null;
        }
        if (count == 0) {
            return "";
        }
        return readLine(count);
    }

    private Long readNumber() throws IOException {
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int temp;
        int count = 0;
        while ((temp = is.read()) != '\n') {
            if (temp != '\r') {
                bytes[count++] = (byte) temp;
            }
        }
        return Long.parseLong(new String(bytes, 0, count));
    }

    private Object readArrays() throws IOException {
        int count = readNumber().intValue();
        List<Object> data = new ArrayList<>(count);
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            data.add(handlerResponse());
        }
        return data;
    }

    private String readLine(int count) throws IOException {
        byte[] bytes = new byte[1024];
        for (int i = 0; i < count + NEW_LINEAR.length(); i++) {
            int temp = is.read();
            if (temp != '\r' && temp != '\n') {
                bytes[i] = (byte) temp;
            }
        }
        return new String(bytes, 0, count, StandardCharsets.UTF_8);
    }

    public void close() {
        try {
            if (socket != null) {
                socket.close();
            }
            if (is != null) {
                is.close();
            }
            if (os != null) {
                os.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        RedisClient redisClient = new RedisClient();
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        while (true) {
            System.out.print("[INFO] 请输入redis命令>>> ");
            String command = reader.readLine();
            if (command.equalsIgnoreCase("exit")) {
                redisClient.close();
                break;
            }
            redisClient.sendRequest(command);
            System.out.println(redisClient.handlerResponse());
        }
    }
}