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Golang に基づいて Redis プロトコルパーサーを実装する方法

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May 28, 2023 pm 07:13 PM

redis golang

RESP プロトコル

RESP はクライアントとサーバー間で通信するためのプロトコルで、次の 5 つの形式があります:

通常応答: " " で始まり、最後まで文字列形式の「\ r\n」を含む

エラー応答: 「-」で始まり、文字列形式で終わる「\r\n」

整数: 「:」で始まり、「\r\n」で終わる文字列形式です。

複数行の文字列: 「$」で始まり、その後に実際に送信されたバイト数が続き、その後「\」で始まり「\」で終わります。 r\n"

$3\r\nabc\r\n

配列: 「*」で始まり、その後に数字が続きますメンバー数

SET キー値
*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\ nvalue\r\n

クライアントとサーバーによって送信されるコマンドまたはデータは、常に \r\n (CRLF) を改行文字。

*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n と入力すると$5\r\nvalue\r\nこのような一連のコマンドの場合、サーバーは次のコマンドを受け取ります:
*3\r\n
$3\r\n
SET \r\n
$3\r\n
key\r\n
$5\r\n
value\r\n

インターフェース/ resp/conn.go

type Connection interface {
   Write([]byte) error
   GetDBIndex() int
   SelectDB(int)
}

interface/resp/reply.go
type Reply interface {
	ToBytes() []byte
}

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Connection インターフェイス: Redis クライアントの接続
Write: クライアントへの返信
GetDBIndex: Redis には 16 の DB があります
応答インターフェイス: 応答インターフェイス

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
}

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5 種類の返信を定義します: Reply pong、ok、null、空の配列、empty

resp/reply/reply.go

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

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ErrorReply: エラーインターフェイスの定義

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 &#39;" + r.Cmd + "&#39; command\r\n")
}

func (r *ArgNumErrReply) Error() string {
   return "ERR wrong number of arguments for &#39;" + r.Cmd + "&#39; 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: &#39;" + r.Msg + "&#39;\r\n")
}

func (r *ProtocolErrReply) Error() string {
   return "ERR Protocol error: &#39;" + r.Msg
}

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errors は 5 種類のエラーを定義します: UnknownErrReply Unknown error 、 ArgNumErrReply パラメータ番号エラー、SyntaxErrReply 構文エラー、WrongTypeErrReply データ型エラー、ProtocolErrReply プロトコルエラー

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] == &#39;-&#39;
}

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#BulkReply #BulkReply : 文字列に返信

MultiBulkReply: 文字列の配列に返信
StatusReply: ステータスの返信
IntReply: 数値応答
StandardErrReply: 標準エラー応答
IsErrorReply: エラー応答かどうかを判断します
ToBytes: 文字列を RESP プロトコルで指定された形式に変換します
##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) {
	 ......
}

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ペイロード構造: カスタマーサービス側から送信されるデータReply: クライアントとサーバーが相互に送信するデータは Reply

readState 構造:

と呼ばれます。

readingMultiLine: 単一行または複数行のデータを解析します

expectedArgsCount: 読み取る必要があるパラメーターの数
msgType: メッセージタイプ
args: メッセージの内容
bulkLen: データ長
completed メソッド: 解析が完了したかどうかを判断します

func readLine(bufReader *bufio.Reader, state *readState) ([]byte, bool, error) {
   var msg []byte
   var err error
   if state.bulkLen == 0 {
      msg, err = bufReader.ReadBytes(&#39;\n&#39;)
      if err != nil {
         return nil, true, err
      }
      if len(msg) == 0 || msg[len(msg)-2] != &#39;\r&#39; {
         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] != &#39;\r&#39; || msg[len(msg)-1] != &#39;\n&#39; {
         return nil, false, errors.New("protocol error: " + string(msg))
      }
      state.bulkLen = 0
   }
   return msg, false, nil
}

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readLine: 行ごとに読み取ります。 \n で区切られた通常の行を読み取ります。テキスト内に \r\n 文字を含む行を読み取る場合、state.bulkLen は改行文字 \r\n を追加します (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))
   }
}

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parseMultiBulkHeader: 配列のヘッダーを解析し、予想される数値を設定します行と関連パラメータの数。

parseBulkHeader: 複数行の文字列のヘッダーを解析します。

func parseSingleLineReply(msg []byte) (resp.Reply, error) {
   str := strings.TrimSuffix(string(msg), "\r\n")
   var result resp.Reply
   switch msg[0] {
   case &#39;+&#39;: // status reply
      result = reply.MakeStatusReply(str[1:])
   case &#39;-&#39;: // err reply
      result = reply.MakeErrReply(str[1:])
   case &#39;:&#39;: // 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] == &#39;$&#39; {
      // 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
}

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parseSingleLineReply: 単一行のコマンドを解析します

readBody: 複数行のコマンドを読み取ります $ で始まる場合は、BulkLen を設定します次の行を読み取るときに、これを使用します 2. If 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] == &#39;*&#39; {
             // 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] == &#39;$&#39; { // bulk reply
             err = parseBulkHeader(msg, &state)
             if err != nil {
                ch <- &Payload{
                   Err: errors.New("protocol error: " + string(msg)),
               }
                state = readState{} // reset state
                continue
            }
             if state.bulkLen == -1 { // null bulk reply
                ch <- &Payload{
                   Data: &reply.NullBulkReply{},
               }
                state = readState{} // reset state
                continue
            }
         } else {
             // single line reply
             result, err := parseSingleLineReply(msg)
             ch <- &Payload{
                Data: result,
                Err:  err,
            }
             state = readState{} // reset state
             continue
         }
      } else {
          // read bulk reply
          err = readBody(msg, &state)
          if err != nil {
             ch <- &Payload{
                Err: errors.New("protocol error: " + string(msg)),
            }
             state = readState{} // reset state
             continue
         }
          // if sending finished
          if state.finished() {
             var result resp.Reply
             if state.msgType == &#39;*&#39; {
                result = reply.MakeMultiBulkReply(state.args)
            } else if state.msgType == &#39;$&#39; {
                result = reply.MakeBulkReply(state.args[0])
            }
             ch <- &Payload{
                Data: result,
                Err:  err,
            }
             state = readState{}
         }
      }
   }
}

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parse0 に移動: コマンドを解析し、解析が完了したらチャネル経由で送信します

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
}

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以前に書きましたが、EchoHandler はユーザー入力を受け取り、それを変更せずに返すために使用されます。ここで、EchoHandler を置き換える RespHandler を作成し、パーサーに解析を実行させる必要があります。クライアント接続を管理する Connection 構造体が RespHandler に存在する必要があります。 Connection: プロトコル層のハンドラーで使用されるクライアント接続

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
}

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RespHandler: および前のecho も同様ですが、コア層の db.exec 実行解析命令が追加されています

interface/database/database.go

type CmdLine = [][]byte

type Database interface {
	Exec(client resp.Connection, args [][]byte) resp.Reply
	AfterClientClose(c resp.Connection)
	Close()
}

type DataEntity struct {
	Data interface{}
}

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Exec: コア層の実行AfterClientClose: 閉じた後のアフターケアメソッド

CmdLine: 2 次元バイト配列のコマンドエイリアス

DataEntity: 文字列、リスト、セットなどを含む Redis データを表します。

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")
}

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echo_database: テストプロトコル層Exec: 命令が解析された後、MakeMultiBulkReply を使用してラップして返します

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)
}

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main を今書いた内容に変更します: handler.MakeHandler()

以上がGolang に基づいて Redis プロトコルパーサーを実装する方法の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。

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