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基于C# Socket实现的简单的Redis客户端
来源:cnblogs  作者:yi念之间  时间:2023/11/15 9:22:58  对本文有异议

前言

    Redis是一款强大的高性能键值存储数据库,也是目前NOSQL最流行比较流行的一款数据库,它在广泛的应用场景中扮演着至关重要的角色,包括但不限于缓存、消息队列、会话存储等。在本文中,我们将介绍如何基于C# Socket来实现一个简单的Redis客户端类RedisClient,来演示构建请求和输出的相关通信机制。需要注意的是本文只是着重展示如何基于原生的Socket方式与Redis Server进行通信,并不是构建一个强大的Redis开发工具包

Redis简介

    Redis(Remote Dictionary Server)是一个内存数据库,它支持了非常丰富的数据结构,包括字符串、列表、集合、散列、有序集合等。Redis 提供了高性能的读写操作,可以用于缓存数据、消息队列、分布式锁、会话管理等多种用途。Redis 通常以键值对的方式存储数据,每个键都与一个值相关联,值的类型可以是字符串、列表、散列等。Redis不仅提供了丰富的命令集,用于操作存储在数据库中的数据,还提供了Redis serialization protocol (RESP) 协议来解析Redis Server返回的数据。相关的文档地址如下所示:

Redis 命令指南

    Redis命令是与Redis服务器进行通信的主要方式,通俗点就是发送指定格式的指令用于执行各种操作,包括数据存储、检索、修改和删除等。以下是一些日常使用过程中常见的Redis命令及其用途:

  1. GET 和 SET 命令

    • GET key: 用于获取指定键的值。
    • SET key value: 用于设置指定键的值.
  2. DEL 命令

    • DEL key: 用于删除指定键.
  3. EXPIRE 和 TTL 命令

    • EXPIRE key seconds: 用于为指定键设置过期时间(秒).
    • TTL key: 用于获取指定键的剩余过期时间(秒).

    注意这里的时间单位是秒

  4. INCR 和 DECR 命令

    • INCR key: 用于递增指定键的值.
    • DECR key: 用于递减指定键的值.
  5. RPUSH 和 LPOP 命令

    • RPUSH key value: 用于将值添加到列表的右侧.
    • LPOP key: 用于从列表的左侧弹出一个值.
  6. HSET 和 HGET 命令

    • HSET key field value: 用于设置哈希表中指定字段的值.
    • HGET key field: 用于获取哈希表中指定字段的值.
  7. PUBLISH 和 SUBSCRIBE 命令

    • PUBLISH channel message: 用于向指定频道发布消息.
    • SUBSCRIBE channel: 用于订阅指定频道的消息.

当然 Redis 支持的命令远不止这些,它还包括对集合、有序集合、位图、HyperLogLog 等数据结构的操作,以及事务、Lua 脚本执行等高级功能。我们接下来演示的时候也只是展示几个大家比较熟悉的指令,这也是我们学习新知识的时候经常使用的方式,先从最简单最容易的开始入手,循序渐进,这也是微精通所提倡的方式。

Redis协议(RESP)

Redis Serialization Protocol (RESP) 是 Redis 使用的二进制协议,用于客户端和服务器之间的通信。我们可以通过该协议解析Redis服务器返回的命令格式,解析我们想要的数据。RESP具有简洁易解析的特点

  • 简单字符串协议:

    • 格式: +OK\r\n
    • 第一个字节是"+”,后跟消息内容,以"\r\n"(回车和换行)结束。
    • 示例:+OK\r\n
  • 批量字符串协议:

    • 格式: $5\r\nhello\r\n
    • 第一个字节是"$",后跟字符串的字节长度,然后是实际的字符串内容,最后以"\r\n"结束。
    • 示例:$5\r\nhello\r\n
  • 整数协议:

    • 格式: :42\r\n
    • 第一个字节是":",后跟整数的文本表示,以"\r\n"结束。
    • 示例::42\r\n
  • 数组协议:

    • 格式: *3\r\n:1\r\n:2\r\n:3\r\n
    • 第一个字节是"*",后跟数组中元素的数量,然后是数组中每个元素的 RESP 表示,以"\r\n"结束。
    • 示例:*3\r\n:1\r\n:2\r\n:3\r\n
  • 错误协议:

    • 格式: -Error message\r\n
    • 第一个字节是"-",后跟错误消息内容,以"\r\n"结束。
    • 示例:-Error message\r\n

需要注意的是字符串协议里面的长度不是具体字符的长度,而是对应的UTF8对应的字节数组的长度,这一点对于我们解析返回的数据很重要,否则获取数据的时候会影响数据的完整性。

RESP协议是Redis高效性能的关键之一,它相对比较加单,不需要解析各种头信息等,这使得Redis能够在处理大规模数据和请求时表现出色。了解RESP协议可以帮助您更好地理解Redis客户端类 RedisClient 的内部工作原理。可以理解为它属于一种应用层面的协议,通过给定的数据格式解析出想要的数据,这也对我们在实际编程过程中,解决类似的问题,提供了一个不错的思路。

实现RedisClient

    上面我们介绍了一些关于Redis的基础概念,重点介绍了一下关于Redis的命令和RESP,接下来我们就结合上面的理论,基于C# Socket来简单的模拟一下如何和Redis Server进行数据交互。主要就是结合Redis命令Redis 协议(RESP)来简单的实现。

通信架子

首先来看一下类的结构

  1. public class RedisClient : IDisposable, IAsyncDisposable
  2. {
  3. //定义默认端口
  4. private readonly int DefaultPort = 6379;
  5. //定义默认地址
  6. private readonly string Host = "localhost";
  7. //心跳间隔,单位为毫秒
  8. private readonly int HeartbeatInterval = 30000;
  9. private bool _isConnected;
  10. //心跳定时器
  11. private Timer _heartbeatTimer;
  12. private Socket _socket;
  13. public RedisClient(string host = "localhost", int defaultPort = 6379)
  14. {
  15. Host = host;
  16. DefaultPort = defaultPort;
  17. // 初始化心跳定时器
  18. _heartbeatTimer = new Timer(HeartbeatCallback, null, HeartbeatInterval, HeartbeatInterval);
  19. }
  20. //连接方法
  21. public async Task ConnectAsync(int timeoutMilliseconds = 5000)
  22. {
  23. _socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
  24. var cts = new CancellationTokenSource(timeoutMilliseconds);
  25. await _socket.ConnectAsync(Host, DefaultPort, cts.Token);
  26. _isConnected = true;
  27. }
  28. //心跳方法
  29. private async void HeartbeatCallback(object state)
  30. {
  31. if (_isConnected)
  32. {
  33. var pingCommand = "PING\r\n";
  34. await SendCommandAsync(pingCommand);
  35. }
  36. }
  37. //释放逻辑
  38. public void Dispose()
  39. {
  40. // 停止心跳定时器
  41. _heartbeatTimer.Dispose();
  42. if (_socket != null)
  43. {
  44. _socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
  45. _socket.Close();
  46. }
  47. }
  48. public ValueTask DisposeAsync()
  49. {
  50. Dispose();
  51. return ValueTask.CompletedTask;
  52. }
  53. }

上面的类定义了实现的大致通信结构,结构中主要涉及到的是通信相关的功能实现,包含Socket的初始化信息、默认的连连接信息、心跳方法、释放逻辑等。首先,在构造函数中,指定了默认的Redis端口(6379)、地址(localhost),并初始化了心跳定时器。连接方法ConnectAsync通过Socket建立与Redis服务器的TCP连接。心跳定时器HeartbeatCallback定期发送PING命令,确保与服务器的连接保持活动。最后,Dispose方法用于释放资源,包括停止心跳定时器和关闭Socket连接,实现了IDisposableIAsyncDisposable接口。这些功能为RedisClient类提供了基本的连接和资源管理能力。由于我对Socket编程也不是很熟悉,所以定义的可能不是很完善,有比较熟悉的同学,可以多多指导。

发送和解析

有了这个基础的架子之后,我们可以在里面填写具体的实现逻辑了。首先我们来定义发送Redis命令和解析RESP的逻辑

  1. //发送命令
  2. public async Task<string> SendCommandAsync(string command)
  3. {
  4. // 发送命令的实现
  5. if (!_isConnected)
  6. {
  7. // 如果连接已断开,可以进行重连
  8. await ConnectAsync();
  9. }
  10. //Redis的命令是以\r\n为结尾的
  11. var request = Encoding.UTF8.GetBytes(command + "\r\n");
  12. //发送命令
  13. await _socket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(request), SocketFlags.None);
  14. var response = new StringBuilder();
  15. var remainingData = string.Empty;
  16. //初始化响应字符串和剩余数据
  17. byte[] receiveBuffer = ArrayPool<byte>.Shared.Rent(1024);
  18. try
  19. {
  20. while (true)
  21. {
  22. //读取返回信息
  23. var bytesRead = await _socket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(receiveBuffer), SocketFlags.None);
  24. //将接收到的数据添加到响应字符串
  25. var responseData = remainingData + Encoding.UTF8.GetString(receiveBuffer, 0, bytesRead);
  26. //提取完整的响应并添加到响应字符串中
  27. var completeResponses = ExtractCompleteResponses(ref responseData);
  28. foreach (var completeResponse in completeResponses)
  29. {
  30. response.Append(completeResponse);
  31. }
  32. remainingData = responseData;
  33. //结果为\r\n读取结束
  34. if (response.ToString().EndsWith("\r\n"))
  35. {
  36. break;
  37. }
  38. }
  39. }
  40. finally
  41. {
  42. //释放缓冲区
  43. ArrayPool<byte>.Shared.Return(receiveBuffer);
  44. }
  45. //返回完整的响应字符串
  46. return response.ToString();
  47. }
  48. private List<string> ExtractCompleteResponses(ref string data)
  49. {
  50. var completeResponses = new List<string>();
  51. while (true)
  52. {
  53. var index = data.IndexOf("\r\n");
  54. if (index >= 0)
  55. {
  56. // 提取一个完整的响应
  57. var completeResponse = data.Substring(0, index + 2);
  58. //将完整的响应添加到列表中
  59. completeResponses.Add(completeResponse);
  60. data = data.Substring(index + 2);
  61. }
  62. else
  63. {
  64. break;
  65. }
  66. }
  67. return completeResponses;
  68. }
  69. private string ParseResponse(string response)
  70. {
  71. if (response.StartsWith("$"))
  72. {
  73. // 处理 Bulk Strings($)
  74. var lengthStr = response.Substring(1, response.IndexOf('\r') - 1);
  75. if (int.TryParse(lengthStr, out int length))
  76. {
  77. if (length == -1)
  78. {
  79. return null!;
  80. }
  81. string rawRedisData = response.Substring(response.IndexOf('\n') + 1);
  82. byte[] utf8Bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(rawRedisData);
  83. string value = Encoding.UTF8.GetString(utf8Bytes, 0, length);
  84. return value;
  85. }
  86. }
  87. else if (response.StartsWith("+"))
  88. {
  89. // 处理 Simple Strings(+)
  90. return response.Substring(1, response.Length - 3);
  91. }
  92. else if (response.StartsWith(":"))
  93. {
  94. // 处理 Integers(:)
  95. var valueStr = response.Substring(1, response.IndexOf('\r') - 1);
  96. if (int.TryParse(valueStr, out int value))
  97. {
  98. return value.ToString();
  99. }
  100. }
  101. // 如果响应格式不符合预期,抛出异常
  102. throw new InvalidOperationException(response);
  103. }

上面逻辑涉及到发送和接收Redis消息的三个方法SendCommandAsyncExtractCompleteResponsesParseResponse。虽然上面代码中有注释,但是咱们分别I简单的讲解一下这三个方法

  • SendCommandAsync

    该方法主要目的是向 Redis 服务器发送命令并异步接收响应

    • 连接检查:首先,检查连接状态 (_isConnected),如果连接已断开,则调用 ConnectAsync 方法进行重连。
    • 命令转换:将传入的命令字符串转换为 UTF-8 编码的字节数组,附加回车换行符 ("\r\n")。
    • 接收响应:使用异步循环接收来自服务器的响应。在每次接收之后,将接收到的数据添加到响应字符串中,并提取其中的完整响应。
    • 缓冲区管理:为了有效地处理接收到的数据,使用了一个缓冲区 (receiveBuffer),并在方法结束时通过 ArrayPool.Shared.Return 进行释放。
    • 提取完整响应:调用 ExtractCompleteResponses 方法,该方法从响应数据中提取出一个或多个完整的响应,将其从数据中移除,并返回一个列表。
  • ExtractCompleteResponses

    该方法主要用于从接收到的数据中提取出一个或多个完整的响应。

    • completeResponses 列表:用于存储提取出的完整响应的列表。
    • while 循环:循环进行以下操作,直到数据中没有换行符为止。
    • 提取完整响应:如果找到换行符,就提取从数据开头到换行符位置的子字符串,包括换行符本身,构成一个完整的响应。
    • 添加到列表:将提取出的完整响应添加到 completeResponses 列表中。
  • ParseResponse

    该方法主要用于解析从 Redis 服务器接收到的响应字符串。

    • 如果响应以 $ 开头,表示这是一个 Bulk String 类型的响应。
    • 如果响应以 + 开头,表示这是一个 Simple String 类型的响应。
    • 如果响应以 : 开头,表示这是一个 Integer 类型的响应。

简单操作方法

上面有了和Redis通信的基本方法,也有了解析RESP协议的基础方法,接下来咱们实现几个简单的Redis操作指令来展示一下Redis客户端具体是如何工作的,简单的几个方法如下所示

  1. //切换db操作
  2. public async Task SelectAsync(int dbIndex)
  3. {
  4. var command = $"SELECT {dbIndex}";
  5. await SendCommandAsync(command);
  6. }
  7. //get操作
  8. public async Task<string> GetAsync(string key)
  9. {
  10. var command = $"GET {key}";
  11. return ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  12. }
  13. //set操作
  14. public async Task<bool> SetAsync(string key, string value, TimeSpan? expiry = null)
  15. {
  16. var command = $"SET {key} '{value}'";
  17. //判断会否追加过期时间
  18. if (expiry.HasValue)
  19. {
  20. command += $" EX {expiry.Value.TotalSeconds}";
  21. }
  22. var response = ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  23. return response == "OK";
  24. }
  25. //支持过期时间的setnx操作
  26. public async Task<bool> SetNxAsync(string key, string value, TimeSpan? expiry = null)
  27. {
  28. //因为默认的setnx方法不支持添加过期时间,为了保证操作的原子性,使用了lua
  29. var command = $"EVAL \"if redis.call('SETNX', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 then if ARGV[2] then redis.call('EXPIRE', KEYS[1], ARGV[2]) end return true else return false end\" 1 {key} '{value}'";
  30. if (expiry.HasValue)
  31. {
  32. command += $" {expiry.Value.TotalSeconds}";
  33. }
  34. var response = ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  35. return response == "1";
  36. }
  37. //添加支持函过期时间的list push操作
  38. public async Task<long> ListPushAsync(string key, string value, TimeSpan? expiry = null)
  39. {
  40. var script = @"local len = redis.call('LPUSH', KEYS[1], ARGV[1])
  41. if tonumber(ARGV[2]) > 0 then
  42. redis.call('EXPIRE', KEYS[1], ARGV[2])
  43. end
  44. return len";
  45. var keys = new string[] { key };
  46. var args = new string[] { value, (expiry?.TotalSeconds ?? 0).ToString() };
  47. var response = await ExecuteLuaScriptAsync(script, keys, args);
  48. return long.Parse(response);
  49. }
  50. //list pop操作
  51. public async Task<string> ListPopAsync(string key)
  52. {
  53. var command = $"LPOP {key}";
  54. return ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  55. }
  56. //listrange操作
  57. public async Task<List<string>> ListRangeAsync(string key, int start, int end)
  58. {
  59. var command = $"LRANGE {key} {start} {end}";
  60. var response = await SendCommandAsync(command);
  61. if (response.StartsWith("*0\r\n"))
  62. {
  63. return new List<string>();
  64. }
  65. //由于list range返回了是一个数组,所以单独处理了一下,这里我使用了正则,解析字符串也可以,方法随意
  66. var values = new List<string>();
  67. var pattern = @"\$\d+\r\n(.*?)\r\n";
  68. MatchCollection matches = Regex.Matches(response, pattern);
  69. foreach (Match match in matches)
  70. {
  71. values.Add(match.Groups[1].Value);
  72. }
  73. return values;
  74. }
  75. //执行lua脚本的方法
  76. public async Task<string> ExecuteLuaScriptAsync(string script, string[]? keys = null, string[]? args = null)
  77. {
  78. //去除lua里的换行
  79. script = Regex.Replace(script, @"[\r\n]", "");
  80. // 构建EVAL命令,将Lua脚本、keys和args发送到Redis服务器
  81. var command = $"EVAL \"{script}\" { keys?.Length??0 } ";
  82. //拼接key和value参数
  83. if (keys != null && keys.Length != 0)
  84. {
  85. command += string.Join(" ", keys.Select(key => $"{key}"));
  86. }
  87. if (args != null && args.Length != 0)
  88. {
  89. command += " " + string.Join(" ", args.Select(arg => $"{arg}"));
  90. }
  91. return ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  92. }
  93. //redis发布操作
  94. public async Task SubscribeAsync(string channel, Action<string, string> handler)
  95. {
  96. await SendCommandAsync($"SUBSCRIBE {channel}");
  97. while (true)
  98. {
  99. var response = await SendCommandAsync(string.Empty);
  100. string pattern = @"\*\d+\r\n\$\d+\r\n(.*?)\r\n\$\d+\r\n(.*?)\r\n\$\d+\r\n(.*?)\r\n";
  101. Match match = Regex.Match(response, pattern);
  102. if (match.Success)
  103. {
  104. string ch = match.Groups[2].Value;
  105. string message = match.Groups[3].Value;
  106. handler(ch, message);
  107. }
  108. }
  109. }
  110. //redis订阅操作
  111. public async Task PublishAsync(string channel, string message)
  112. {
  113. await SendCommandAsync($"PUBLISH {channel} {message}");
  114. }

上面方法中演示了几个比较常见的操作,很简单,主要是向大家展示Redis命令是如何发送的,从最简单的GETSETLIST发布订阅执行LUA操作方面着手,如果对Redis命令比较熟悉的话,操作起来还是比较简单的,这里给大家讲解几个比较有代表的方法

  • 首先关于setnx方法,由于自带的setnx方法不支持添加过期时间,为了保证操作的原子性,使用了lua脚本的方式
  • 自带的lpush也就是上面ListPushAsync方法中封装的操作,自带的也是没办法给定过期时间的,为了保证操作的原子性,我在这里也是用lua进行封装
  • 关于执行lua脚本的时候的时候需要注意lua脚本的格式EVAL script numkeys [key [key ...]] [arg [arg ...]]脚本后面紧跟着的长度是key的个数这个需要注意
  • 最后,自行编写命令的时候需要注意\r\n的处理和引号的转义问题,当然研究的越深,遇到的问题越多

相信大家也看到了,这里我封装的都是几个简单的操作,难度系数不大,因为主要是向大家演示Redis客户端的发送和接收操作是什么样的,甚至我都是直接返回的字符串,真实使用的时候我们使用都是需要封装序列化和反序列化操作的。

完整代码

上面分别对RedisClient类中的方法进行了讲解,接下来我把我封装的类完整的给大家贴出来,由于封装的只是几个简单的方法用于演示,所以也只有一个类,代码量也不多,主要是为了方便大家理解,有想试验的同学可以直接拿走

  1. public class RedisClient : IDisposable, IAsyncDisposable
  2. {
  3. private readonly int DefaultPort = 6379;
  4. private readonly string Host = "localhost";
  5. private readonly int HeartbeatInterval = 30000;
  6. private bool _isConnected;
  7. private Timer _heartbeatTimer;
  8. private Socket _socket;
  9. public RedisClient(string host = "localhost", int defaultPort = 6379)
  10. {
  11. Host = host;
  12. DefaultPort = defaultPort;
  13. _heartbeatTimer = new Timer(HeartbeatCallback, null, HeartbeatInterval, HeartbeatInterval);
  14. }
  15. public async Task ConnectAsync(int timeoutMilliseconds = 5000)
  16. {
  17. _socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
  18. var cts = new CancellationTokenSource(timeoutMilliseconds);
  19. await _socket.ConnectAsync(Host, DefaultPort, cts.Token);
  20. _isConnected = true;
  21. }
  22. public async Task SelectAsync(int dbIndex)
  23. {
  24. var command = $"SELECT {dbIndex}";
  25. await SendCommandAsync(command);
  26. }
  27. public async Task<string> GetAsync(string key)
  28. {
  29. var command = $"GET {key}";
  30. return ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  31. }
  32. public async Task<bool> SetAsync(string key, string value, TimeSpan? expiry = null)
  33. {
  34. var command = $"SET {key} '{value}'";
  35. if (expiry.HasValue)
  36. {
  37. command += $" EX {expiry.Value.TotalSeconds}";
  38. }
  39. var response = ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  40. return response == "OK";
  41. }
  42. public async Task<bool> SetNxAsync(string key, string value, TimeSpan? expiry = null)
  43. {
  44. var command = $"EVAL \"if redis.call('SETNX', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 then if ARGV[2] then redis.call('EXPIRE', KEYS[1], ARGV[2]) end return true else return false end\" 1 {key} '{value}'";
  45. if (expiry.HasValue)
  46. {
  47. command += $" {expiry.Value.TotalSeconds}";
  48. }
  49. var response = ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  50. return response == "1";
  51. }
  52. public async Task<long> ListPushAsync(string key, string value, TimeSpan? expiry = null)
  53. {
  54. var script = @"local len = redis.call('LPUSH', KEYS[1], ARGV[1])
  55. if tonumber(ARGV[2]) > 0 then
  56. redis.call('EXPIRE', KEYS[1], ARGV[2])
  57. end
  58. return len";
  59. var keys = new string[] { key };
  60. var args = new string[] { value, (expiry?.TotalSeconds ?? 0).ToString() };
  61. var response = await ExecuteLuaScriptAsync(script, keys, args);
  62. return long.Parse(response);
  63. }
  64. public async Task<string> ListPopAsync(string key)
  65. {
  66. var command = $"LPOP {key}";
  67. return ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  68. }
  69. public async Task<long> ListLengthAsync(string key)
  70. {
  71. var command = $"LLEN {key}";
  72. return long.Parse(ParseResponse(await SendCommandAsync(command)));
  73. }
  74. public async Task<List<string>> ListRangeAsync(string key, int start, int end)
  75. {
  76. var command = $"LRANGE {key} {start} {end}";
  77. var response = await SendCommandAsync(command);
  78. if (response.StartsWith("*0\r\n"))
  79. {
  80. return new List<string>();
  81. }
  82. var values = new List<string>();
  83. var pattern = @"\$\d+\r\n(.*?)\r\n";
  84. MatchCollection matches = Regex.Matches(response, pattern);
  85. foreach (Match match in matches)
  86. {
  87. values.Add(match.Groups[1].Value);
  88. }
  89. return values;
  90. }
  91. public async Task<string> ExecuteLuaScriptAsync(string script, string[]? keys = null, string[]? args = null)
  92. {
  93. script = Regex.Replace(script, @"[\r\n]", "");
  94. var command = $"EVAL \"{script}\" { keys?.Length??0 } ";
  95. if (keys != null && keys.Length != 0)
  96. {
  97. command += string.Join(" ", keys.Select(key => $"{key}"));
  98. }
  99. if (args != null && args.Length != 0)
  100. {
  101. command += " " + string.Join(" ", args.Select(arg => $"{arg}"));
  102. }
  103. return ParseResponse(await SendCommandAsync(command));
  104. }
  105. public async Task SubscribeAsync(string channel, Action<string, string> handler)
  106. {
  107. await SendCommandAsync($"SUBSCRIBE {channel}");
  108. while (true)
  109. {
  110. var response = await SendCommandAsync(string.Empty);
  111. string pattern = @"\*\d+\r\n\$\d+\r\n(.*?)\r\n\$\d+\r\n(.*?)\r\n\$\d+\r\n(.*?)\r\n";
  112. Match match = Regex.Match(response, pattern);
  113. if (match.Success)
  114. {
  115. string ch = match.Groups[2].Value;
  116. string message = match.Groups[3].Value;
  117. handler(ch, message);
  118. }
  119. }
  120. }
  121. public async Task PublishAsync(string channel, string message)
  122. {
  123. await SendCommandAsync($"PUBLISH {channel} {message}");
  124. }
  125. public async Task<string> SendCommandAsync(string command)
  126. {
  127. if (!_isConnected)
  128. {
  129. await ConnectAsync();
  130. }
  131. var request = Encoding.UTF8.GetBytes(command + "\r\n");
  132. await _socket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(request), SocketFlags.None);
  133. var response = new StringBuilder();
  134. var remainingData = string.Empty;
  135. byte[] receiveBuffer = ArrayPool<byte>.Shared.Rent(1024);
  136. try
  137. {
  138. while (true)
  139. {
  140. var bytesRead = await _socket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(receiveBuffer), SocketFlags.None);
  141. var responseData = remainingData + Encoding.UTF8.GetString(receiveBuffer, 0, bytesRead);
  142. var completeResponses = ExtractCompleteResponses(ref responseData);
  143. foreach (var completeResponse in completeResponses)
  144. {
  145. response.Append(completeResponse);
  146. }
  147. remainingData = responseData;
  148. if (response.ToString().EndsWith("\r\n"))
  149. {
  150. break;
  151. }
  152. }
  153. }
  154. finally
  155. {
  156. ArrayPool<byte>.Shared.Return(receiveBuffer);
  157. }
  158. return response.ToString();
  159. }
  160. private List<string> ExtractCompleteResponses(ref string data)
  161. {
  162. var completeResponses = new List<string>();
  163. while (true)
  164. {
  165. var index = data.IndexOf("\r\n");
  166. if (index >= 0)
  167. {
  168. var completeResponse = data.Substring(0, index + 2);
  169. completeResponses.Add(completeResponse);
  170. data = data.Substring(index + 2);
  171. }
  172. else
  173. {
  174. break;
  175. }
  176. }
  177. return completeResponses;
  178. }
  179. private string ParseResponse(string response)
  180. {
  181. if (response.StartsWith("$"))
  182. {
  183. var lengthStr = response.Substring(1, response.IndexOf('\r') - 1);
  184. if (int.TryParse(lengthStr, out int length))
  185. {
  186. if (length == -1)
  187. {
  188. return null!;
  189. }
  190. string rawRedisData = response.Substring(response.IndexOf('\n') + 1);
  191. byte[] utf8Bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(rawRedisData);
  192. string value = Encoding.UTF8.GetString(utf8Bytes, 0, length);
  193. return value;
  194. }
  195. }
  196. else if (response.StartsWith("+"))
  197. {
  198. return response.Substring(1, response.Length - 3);
  199. }
  200. else if (response.StartsWith(":"))
  201. {
  202. var valueStr = response.Substring(1, response.IndexOf('\r') - 1);
  203. if (int.TryParse(valueStr, out int value))
  204. {
  205. return value.ToString();
  206. }
  207. }
  208. throw new InvalidOperationException(response);
  209. }
  210. private async void HeartbeatCallback(object state)
  211. {
  212. if (_isConnected)
  213. {
  214. var pingCommand = "PING\r\n";
  215. await SendCommandAsync(pingCommand);
  216. }
  217. }
  218. public void Dispose()
  219. {
  220. _heartbeatTimer.Dispose();
  221. if (_socket != null)
  222. {
  223. _socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
  224. _socket.Close();
  225. }
  226. }
  227. public ValueTask DisposeAsync()
  228. {
  229. Dispose();
  230. return ValueTask.CompletedTask;
  231. }
  232. }

简单使用RedisClient

上面我们封装了RedisClient类,也讲解了里面实现的几个简单的方法,接下来我们就简单的使用一下它,比较简单直接上代码

GET/SET

GET/SET是最基础和最简单的指令,没啥可说的直接上代码

  1. using RedisClient redisClient = new RedisClient();
  2. await redisClient.ConnectAsync();
  3. //切换db
  4. await redisClient.SelectAsync(3);
  5. bool setResult = await redisClient.SetAsync("key:foo", "are you ok,你好吗?", TimeSpan.FromSeconds(120));
  6. string getResult = await redisClient.GetAsync("key:foo");
  7. Console.WriteLine("get key:foo:" + getResult);

SETNX

SETNX比较常用,很多时候用在做分布式锁的场景,判断资源存不存在的时候经常使用

  1. //第一次setnx返回true
  2. bool setNxResult = await redisClient.SetNxAsync("order:lock", "123_lock", TimeSpan.FromSeconds(120));
  3. Console.WriteLine("first setnx order:lock:" + setNxResult);
  4. //第一次setnx返回false
  5. setNxResult = await redisClient.SetNxAsync("order:lock", "123_lock", TimeSpan.FromSeconds(120));
  6. Console.WriteLine("second setnx aname:foo:" + setNxResult);

PUB/SUB

这里实现的SubscribeAsyncPublishAsync需要使用两个RedisClient实例,因为我上面封装的每个RedisClient只包含一个Socket实例所以ReceiveAsync方法是阻塞的。如果同一个实例的话SubscribeAsync的时候,在使用PublishAsync方法的时候会被阻塞,所以演示的时候使用了两个RedisClient实例

  1. _ = redisClient.SubscribeAsync("order_msg_ch", (ch, msg) => { Console.WriteLine($"接收消息:[{ch}]---[{msg}]"); });
  2. Thread.Sleep(2000);
  3. using RedisClient redisClient2 = new RedisClient();
  4. await redisClient2.ConnectAsync();
  5. for (int i = 0; i < 5; i++)
  6. {
  7. await redisClient2.PublishAsync("order_msg_ch", $"发送消息{i}");
  8. Thread.Sleep(2000);
  9. }

ExecuteLuaScriptAsync

动态执行lua的功能还是比较强大的,在之前的项目中,我也使用类似的功能。我们是模拟抢单/完成的场景,比如业务人员需要自行抢单,每个人最多抢几单,超过阈值则抢单失败,你需要把抢到的完成了才能继续抢单,这种操作就需要借助lua进行操作

  1. //抢单的lua
  2. string takeOrderLuaScript = @"
  3. local ordersTaken = tonumber(redis.call('GET', KEYS[1]) or '0')
  4. if ordersTaken < tonumber(ARGV[1]) then
  5. redis.call('INCR', KEYS[1])
  6. return 1
  7. else
  8. return 0
  9. end";
  10. //完成你手里的订单操作
  11. string completeOrderLuaScript = @"
  12. local ordersTaken = tonumber(redis.call('GET', KEYS[1]) or '0')
  13. if ordersTaken > 0 then
  14. redis.call('DECR', KEYS[1])
  15. return 1
  16. else
  17. return 0
  18. end";
  19. //模拟抢单,最多抢两单
  20. string result = await redisClient.ExecuteLuaScriptAsync(takeOrderLuaScript, new[] { "user:123" }, new[] { "2" });
  21. result = await redisClient.ExecuteLuaScriptAsync(takeOrderLuaScript, new[] { "user:123" }, new[] { "2" });
  22. result = await redisClient.ExecuteLuaScriptAsync(takeOrderLuaScript, new[] { "user:123" }, new[] { "2" });
  23. result = await redisClient.ExecuteLuaScriptAsync(takeOrderLuaScript, new[] { "user:123" }, new[] { "2" });
  24. //完成订单
  25. string anotherResult = await redisClient.ExecuteLuaScriptAsync(completeOrderLuaScript, keys: new[] { "user:123" });
  26. anotherResult = await redisClient.ExecuteLuaScriptAsync(completeOrderLuaScript, keys: new[] { "user:123" });
  27. anotherResult = await redisClient.ExecuteLuaScriptAsync(completeOrderLuaScript, keys: new[] { "user:123" });
  28. anotherResult = await redisClient.ExecuteLuaScriptAsync(completeOrderLuaScript, keys: new[] { "user:123" });

还有一个功能也是我们之前遇到的,就是使用Redis实现缓存最新的N条消息,旧的则被抛弃,实现这个功能也需要使用Redis的List结构结合lua的方式

  1. string luaScript = @"
  2. local record_key = KEYS[1]
  3. local max_records = tonumber(ARGV[1])
  4. local new_record = ARGV[2]
  5. local current_count = redis.call('LLEN', record_key)
  6. if current_count >= max_records then
  7. redis.call('LPOP', record_key)
  8. end
  9. redis.call('RPUSH', record_key, new_record)
  10. ";
  11. //这里限制保存最新的50条数据,旧的数据则被抛弃
  12. for (int i = 0; i < 60; i++)
  13. {
  14. _ = await redisClient.ExecuteLuaScriptAsync(luaScript, keys: new[] { "msg:list" }, new[] { "50", i.ToString() });
  15. }

List

LIST很多时候会把它当做分布式队列来使用,它提供的操作也比较灵活,咱们这里只是封装了几个最简单的操作,大致的效果如下所示

  1. //lis入队操作
  2. var res = await redisClient.ListPushAsync("list:2", "123", TimeSpan.FromHours(1));
  3. res = await redisClient.ListPushAsync("list:2", "1234", TimeSpan.FromHours(1));
  4. res = await redisClient.ListPushAsync("list:2", "12345", TimeSpan.FromHours(1));
  5. //list出队操作
  6. var str = await redisClient.ListPopAsync("list:2");
  7. //list长度
  8. var length = await redisClient.ListLengthAsync("list:2");
  9. //list range操作
  10. var list = await redisClient.ListRangeAsync("article:list", 0, 10);

总结

    本文我们通过理解Redis命令RESP协议来构建了一个简单RedisClient的实现,方便我们更容易的理解Redis客户端如何与Redis服务器进行通信,这个实现也可以作为学习和理解·Redis客户端·的一个很好的例子。当然我们的这个RedisClient这是了解和学习使用,很多场景我们并没有展示,实际的项目我们还是尽量使用开源的Redis SDK, .net中常用的有StackExchange.RedisFreeRediscsredisNewLife.RedisService.Stack.Redis,其中我经常使用的是StackExchange.RedisFreeRedis整体来说效果还是不错的。总结一下我们文章的主要内容

  • 首先我们讲解了Redis命令的格式
  • 其次我们讲解了Redis协议(RESP)的主要格式以及如何解析
  • 然后我们基于上面的理论简单的封装了一个RedisClient类来演示相关概念
  • 最后我们通过几个示例和我用过的两个lua来简单的演示RedisClient类的使用

    作为新时代的职场人,我乐在探究自己感兴趣的领域,对未知的事物充满好奇,并渴望深入了解。对于常用的核心技术,我不仅要求自己能够熟练运用,更追求深入理解其实现原理。面对新的技术趋势,我决不会视而不见,而是在熟悉更多常用技术栈的同时,努力深入掌握一些重要的知识。我坚信,学无止境,每一步的进步都带来无比的喜悦与成就感。

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