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加餐 04 Redis客户端如何与服务器端交换命令和数据？
在前面的课程中，我们主要学习了 Redis 服务器端的机制和关键技术，很少涉及到客户端的问题。但是，Redis 采用的是典型的 client-server（服务器端 - 客户端）架构，客户端会发送请求给服务器端，服务器端会返回响应给客户端。
如果要对 Redis 客户端进行二次开发（比如增加新的命令），我们就需要了解请求和响应涉及的命令、数据在客户端和服务器之间传输时，是如何编码的。否则，我们在客户端新增的命令就无法被服务器端识别和处理。
Redis 使用 RESP（REdis Serialization Protocol）协议定义了客户端和服务器端交互的命令、数据的编码格式。在 Redis 2.0 版本中，RESP 协议正式成为客户端和服务器端的标准通信协议。从 Redis 2.0 到 Redis 5.0，RESP 协议都称为 RESP 2 协议，从 Redis 6.0 开始，Redis 就采用 RESP 3 协议了。不过，6.0 版本是在今年 5 月刚推出的，所以，目前我们广泛使用的还是 RESP 2 协议。
这节课，我就向你重点介绍下 RESP 2 协议的规范要求，以及 RESP 3 相对 RESP 2 的改进之处。
首先，我们先来看下客户端和服务器端交互的内容包括哪些，毕竟，交互内容不同，编码形式也不一样。
客户端和服务器端交互的内容有哪些？
为了方便你更加清晰地理解，RESP 2 协议是如何对命令和数据进行格式编码的，我们可以把交互内容，分成客户端请求和服务器端响应两类：
在客户端请求中，客户端会给 Redis 发送命令，以及要写入的键和值； 而在服务器端响应中，Redis 实例会返回读取的值、OK 标识、成功写入的元素个数、错误信息，以及命令（例如 Redis Cluster 中的 MOVE 命令）。
其实，这些交互内容还可以再进一步细分成七类，我们再来了解下它们。
命令：这就是针对不同数据类型的操作命令。例如对 String 类型的 SET、GET 操作，对 Hash 类型的 HSET、HGET 等，这些命令就是代表操作语义的字符串。 单个值：对应 String 类型的数据，数据本身可以是字符串、数值（整数或浮点数），布尔值（True 或是 False）等。 集合值：对应 List、Hash、Set、Sorted Set 类型的数据，不仅包含多个值，而且每个值也可以是字符串、数值或布尔值等。 OK 回复：对应命令操作成功的结果，就是一个字符串的“OK”。 整数回复：这里有两种情况。一种是，命令操作返回的结果是整数，例如 LLEN 命令返回列表的长度；另一种是，集合命令成功操作时，实际操作的元素个数，例如 SADD 命令返回成功添加的元素个数。 错误信息：命令操作出错时的返回结果，包括“error”标识，以及具体的错误信息。
了解了这 7 类内容都是什么，下面我再结合三个具体的例子，帮助你进一步地掌握这些交互内容。
先看第一个例子，来看看下面的命令：
#成功写入String类型数据，返回OK 127.0.0.1:6379> SET testkey testvalue OK
这里的交互内容就包括了命令（SET 命令）、键（单个值String 类型的键 testkey）和（String 类型的值 testvalue），而服务器端则直接返回一个 OK 回复。
第二个例子是执行 HSET 命令：
#成功写入Hash类型数据，返回实际写入的集合元素个数 127.0.0.1:6379>HSET testhash a 1 b 2 c 3 (integer) 3
这里的交互内容包括三个 key-value 的 Hash集合值（a 1 b 2 c 3），而服务器端返回整数回复（3），表示操作成功写入的元素个数。
最后一个例子是执行 PUT 命令，如下所示：
#发送的命令不对，报错，并返回错误信息 127.0.0.1:6379>PUT testkey2 testvalue (error) ERR unknown command 'PUT', with args beginning with: 'testkey', 'testvalue'
可以看到，这里的交互内容包括错误信息，这是因为，Redis 实例本身不支持 PUT 命令，所以服务器端报错“error”，并返回具体的错误信息，也就是未知的命令“put”。
好了，到这里，你了解了，Redis 客户端和服务器端交互的内容。接下来，我们就来看下，RESP 2 是按照什么样的格式规范来对这些内容进行编码的。
RESP 2 的编码格式规范
RESP 2 协议的设计目标是，希望 Redis 开发人员实现客户端时简单方便，这样就可以减少客户端开发时出现的 Bug。而且，当客户端和服务器端交互出现问题时，希望开发人员可以通过查看协议交互过程，能快速定位问题，方便调试。为了实现这一目标，RESP 2 协议采用了可读性很好的文本形式进行编码，也就是通过一系列的字符串，来表示各种命令和数据。
不过，交互内容有多种，而且，实际传输的命令或数据也会有很多个。针对这两种情况，RESP 2 协议在编码时设计了两个基本规范。
为了对不同类型的交互内容进行编码，RESP 2 协议实现了 5 种编码格式类型。同时，为了区分这 5 种编码类型，RESP 2 使用一个专门的字符，作为每种编码类型的开头字符。这样一来，客户端或服务器端在对编码后的数据进行解析时，就可以直接通过开头字符知道当前解析的编码类型。
RESP 2 进行编码时，会按照单个命令或单个数据的粒度进行编码，并在每个编码结果后面增加一个换行符“\r\n”（有时也表示成 CRLF），表示一次编码结束。
接下来，我就来分别介绍下这 5 种编码类型。
简单字符串类型（RESP Simple Strings）
这种类型就是用一个字符串来进行编码，比如，请求操作在服务器端成功执行后的 OK 标识回复，就是用这种类型进行编码的。
当服务器端成功执行一个操作后，返回的 OK 标识就可以编码如下：
+OK\r\n
长字符串类型（RESP Bulk String）
这种类型是用一个二进制安全的字符串来进行编码。这里的二进制安全，其实是相对于 C 语言中对字符串的处理方式来说的。我来具体解释一下。
Redis 在解析字符串时，不会像 C 语言那样，使用“\0”判定一个字符串的结尾，Redis 会把 “\0”解析成正常的 0 字符，并使用额外的属性值表示字符串的长度。
举个例子，对于“Redis\0Cluster\0”这个字符串来说，C 语言会解析为“Redis”，而 Redis 会解析为“Redis Cluster”，并用 len 属性表示字符串的真实长度是 14 字节，如下图所示：
这样一来，字符串中即使存储了“\0”字符，也不会导致 Redis 解析到“\0”时，就认为字符串结束了从而停止解析，这就保证了数据的安全性。和长字符串类型相比，简单字符串就是非二进制安全的。
长字符串类型最大可以达到 512MB，所以可以对很大的数据量进行编码，正好可以满足键值对本身的数据量需求，所以，RESP 2 就用这种类型对交互内容中的键或值进行编码，并且使用“(”字符作为开头字符，)字符后面会紧跟着一个数字，这个数字表示字符串的实际长度。
例如，我们使用 GET 命令读取一个键（假设键为 testkey）的值（假设值为 testvalue）时，服务端返回的 String 值编码结果如下，其中，$字符后的 9，表示数据长度为 9 个字符。
$9 testvalue\r\n
整数类型（RESP Integer）
这种类型也还是一个字符串，但是表示的是一个有符号 64 位整数。为了和包含数字的简单字符串类型区分开，整数类型使用“:”字符作为开头字符，可以用于对服务器端返回的整数回复进行编码。
例如，在刚才介绍的例子中，我们使用 HSET 命令设置了 testhash 的三个元素，服务器端实际返回的编码结果如下：
:3\r\n
错误类型（RESP Errors）
它是一个字符串，包括了错误类型和具体的错误信息。Redis 服务器端报错响应就是用这种类型进行编码的。RESP 2 使用“-”字符作为它的开头字符。
例如，在刚才的例子中，我们在 redis-cli 执行 PUT testkey2 testvalue 命令报错，服务器端实际返回给客户端的报错编码结果如下：
-ERR unknown command PUT, with args beginning with: testkey, testvalue
其中，ERR 就是报错类型，表示是一个通用错误，ERR 后面的文字内容就是具体的报错信息。
数组编码类型（RESP Arrays）
这是一个包含多个元素的数组，其中，元素的类型可以是刚才介绍的这 4 种编码类型。
在客户端发送请求和服务器端返回结果时，数组编码类型都能用得上。客户端在发送请求操作时，一般会同时包括命令和要操作的数据。而数组类型包含了多个元素，所以，就适合用来对发送的命令和数据进行编码。为了和其他类型区分，RESP 2 使用“*”字符作为开头字符。
例如，我们执行命令 GET testkey，此时，客户端发送给服务器端的命令的编码结果就是使用数组类型编码的，如下所示：
*2\r\n$3\r\nGET\r\n$7\r\ntestkey\r\n
其中，第一个*****字符标识当前是数组类型的编码结果，2 表示该数组有 2 个元素，分别对应命令 GET 和键 testkey。命令 GET 和键 testkey，都是使用长字符串类型编码的，所以用$字符加字符串长度来表示。
类似地，当服务器端返回包含多个元素的集合类型数据时，也会用*字符和元素个数作为标识，并用长字符串类型对返回的集合元素进行编码。
好了，到这里，你了解了 RESP 2 协议的 5 种编码类型和相应的开头字符，我在下面的表格里做了小结，你可以看下。
Redis 6.0 中使用了 RESP 3 协议，对 RESP 2.0 做了改进，我们来学习下具体都有哪些改进。
RESP 2 的不足和 RESP 3 的改进
虽然我们刚刚说 RESP 2 协议提供了 5 种编码类型，看起来很丰富，其实是不够的。毕竟，基本数据类型还包括很多种，例如浮点数、布尔值等。编码类型偏少，会带来两个问题。
一方面，在值的基本数据类型方面，RESP 2 只能区分字符串和整数，对于其他的数据类型，客户端使用 RESP 2 协议时，就需要进行额外的转换操作。例如，当一个浮点数用字符串表示时，客户端需要将字符串中的值和实际数字值比较，判断是否为数字值，然后再将字符串转换成实际的浮点数。
另一方面，RESP 2 用数组类别编码表示所有的集合类型，但是，Redis 的集合类型包括了 List、Hash、Set 和 Sorted Set。当客户端接收到数组类型编码的结果时，还需要根据调用的命令操作接口，来判断返回的数组究竟是哪一种集合类型。
我来举个例子。假设有一个 Hash 类型的键是 testhash，集合元素分别为 a:1、b:2、c:3。同时，有一个 Sorted Set 类型的键是 testzset，集合元素分别是 a、b、c，它们的分数分别是 1、2、3。我们在 redis-cli 客户端中读取它们的结果时，返回的形式都是一个数组，如下所示：
127.0.0.1:6379>HGETALL testhash
- "a"
- "1"
- "b"
- "2"
- "c"
- "3"
127.0.0.1:6379>ZRANGE testzset 0 3 withscores
- "a"
- "1"
- "b"
- "2"
- "c"
- "3"
为了在客户端按照 Hash 和 Sorted Set 两种类型处理代码中返回的数据，客户端还需要根据发送的命令操作 HGETALL 和 ZRANGE，来把这两个编码的数组结果转换成相应的 Hash 集合和有序集合，增加了客户端额外的开销。
从 Redis 6.0 版本开始，RESP 3 协议增加了对多种数据类型的支持，包括空值、浮点数、布尔值、有序的字典集合、无序的集合等。RESP 3 也是通过不同的开头字符来区分不同的数据类型，例如，当开头第一个字符是“,”，就表示接下来的编码结果是浮点数。这样一来，客户端就不用再通过额外的字符串比对，来实现数据转换操作了，提升了客户端的效率。
小结
这节课，我们学习了 RESP 2 协议。这个协议定义了 Redis 客户端和服务器端进行命令和数据交互时的编码格式。RESP 2 提供了 5 种类型的编码格式，包括简单字符串类型、长字符串类型、整数类型、错误类型和数组类型。为了区分这 5 种类型，RESP 2 协议使用了 5 种不同的字符作为这 5 种类型编码结果的第一个字符，分别是+、 $、:、- 和 *。
RESP 2 协议是文本形式的协议，实现简单，可以减少客户端开发出现的 Bug，而且可读性强，便于开发调试。当你需要开发定制化的 Redis 客户端时，就需要了解和掌握 RESP 2 协议。
RESP 2 协议的一个不足就是支持的类型偏少，所以，Redis 6.0 版本使用了 RESP 3 协议。和 RESP 2 协议相比，RESP 3 协议增加了对浮点数、布尔类型、有序字典集合、无序集合等多种类型数据的支持。不过，这里，有个地方需要你注意，Redis 6.0 只支持 RESP 3，对 RESP 2 协议不兼容，所以，如果你使用 Redis 6.0 版本，需要确认客户端已经支持了 RESP 3 协议，否则，将无法使用 Redis 6.0。
最后，我也给你提供一个小工具。如果你想查看服务器端返回数据的 RESP 2 编码结果，就可以使用 telnet 命令和 redis 实例连接，执行如下命令就行：
telnet 实例IP 实例端口
接着，你可以给实例发送命令，这样就能看到用 RESP 2 协议编码后的返回结果了。当然，你也可以在 telnet 中，向 Redis 实例发送用 RESP 2 协议编写的命令操作，实例同样能处理，你可以课后试试看。
每课一问
按照惯例，我给你提个小问题，假设 Redis 实例中有一个 List 类型的数据，key 为 mylist，value 是使用 LPUSH 命令写入 List 集合的 5 个元素，依次是 1、2、3.3、4、hello，当执行 LRANGE mylist 0 4 命令时，实例返回给客户端的编码结果是怎样的？
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