Golang을 기반으로 Redis 프로토콜 파서를 구현하는 방법

RESP 프로토콜

RESP는 클라이언트와 서버 간의 통신을 위한 프로토콜입니다. 5가지 형식이 있습니다.

일반 응답: "+"로 시작하고 "rn"으로 끝나는 문자열

오류 응답: 다음으로 시작합니다. " -"는 "rn"으로 시작하고 "rn"으로 끝나는 문자열입니다.

정수: ":"으로 시작하고 "rn"으로 끝나는 문자열

여러 줄 문자열: "$"로 시작하고 실제 문자가 옵니다. 전송된 바이트 수("rn"

$3rnabcrn

배열: "*"로 시작하고 그 뒤에 멤버 수

SET 키 값
*3rn$3rnSET가 옴) rn$3 rnkeyrn$5rnvaluern

클라이언트와 서버에서 보낸 명령이나 데이터는 rn(CRLF)을 줄바꿈 문자로 사용해야 합니다.

*3rn$3rnSETrn$3rnkeyrn$5rnvaluern과 같은 일련의 명령을 입력하면 서버는 다음 명령을 받습니다:
*3rn
$3rn
SETrn
$3rn
keyrn
$5rn
valuern

interface/resp/conn.go

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

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

• 연결 인터페이스: Redis 클라이언트에 대한 연결

• 쓰기: 클라이언트에 응답

• 덱스 : 레디스 16개의 DB가 있습니다

• 응답 인터페이스: 응답 인터페이스

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
}

5개의 응답 정의: 응답 pong, ok, null, 빈 배열, 비어 있음

resp/reply/ reply.go

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

ErrorReply: 오류 인터페이스 정의

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
}

errors는 5가지 유형의 오류를 정의합니다: UnknownErrReply 알 수 없는 오류, ArgNumErrReply 매개변수 번호 오류, SyntaxErrReply 구문 오류, WrongTypeErrReply 데이터 유형 오류 , ProtocolErrReply 프로토콜 오류

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: 문자열에 응답

• MultiBulkReply: 문자열 배열에 응답

• StatusReply: 상태 응답

• Int답글 : 숫자 응답

• StandardErrReply: 표준 오류 응답

• IsErrorReply: 오류 응답인지 확인

• ToBytes: 문자열을 RESP 프로토콜에서 지정한 형식으로 변환

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 구조: 고객 서비스 측에서 우리에게 보내는 데이터

Reply: 클라이언트와 서버가 서로 보내는 데이터를 Reply

readState 구조:

• readingMultiLine이라고 합니다. : 한 줄 또는 여러 줄의 데이터를 구문 분석

• expectedArgsCount: 읽어야 하는 매개 변수의 수

• msgType: 메시지 유형

• args: 메시지 내용

• bulkLen: 데이터 길이

완료 방법: 판단 분석 완료되었나요?

ParseStream 방법: 데이터를 비동기적으로 구문 분석하여 파이프라인에 넣고 파이프라인 데이터를 반환합니다.

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: 한 줄씩 읽습니다. n으로 구분된 일반 라인을 읽습니다. 텍스트에 rn 문자가 포함된 줄을 읽을 때 state.bulkLen과 개행 문자 rn(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: 배열의 헤더를 구문 분석하고 예상되는 줄 수와 관련 매개변수를 설정합니다.

parseBulkHeader: 여러 줄 문자열의 헤더를 구문 분석합니다.

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: 한 줄 명령 구문 분석

readBody: 여러 줄 명령 읽기 $로 시작하는 경우에는bulkLen을 설정하고, $로 시작하지 않는 경우에는 이 +2를 사용합니다. 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{}
         }
      }
   }
}

parse0에 직접: 명령을 구문 분석하고 구문 분석이 완료된 후 채널을 통해 보냅니다.

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
}

앞서 작성한 EchoHandler는 사용자의 입력을 수신하고 그대로 돌려보내세요. 이제 EchoHandler를 대체하기 위해 RespHandler를 작성하고 파서가 구문 분석을 수행하도록 해야 합니다. RespHandler에는 클라이언트 연결을 관리하는 연결 구조가 있어야 합니다.

Connection: 프로토콜 레이어 핸들러에 사용되는 클라이언트 연결

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: 이전 echo와 유사하며 코어 레이어 db.exec를 추가하여 구문 분석 명령 수행

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{}
}

Exec: 코어 레이어 실행

AfterClientClose: 종료 후 여파 메서드

CmdLine: 2차원 바이트 배열에 대한 명령 별칭

DataEntity: 문자열, 목록을 포함한 Redis 데이터를 나타냅니다. set 등

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: 테스트 프로토콜 계층

Exec: 명령이 구문 분석된 후 MakeMultiBulkReply를 사용하여 이를 래핑하고 반환합니다

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)
}

Change 방금 작성한 내용의 주요 내용: handler.MakeHandler()

위 내용은 Golang을 기반으로 Redis 프로토콜 파서를 구현하는 방법의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!