Redis和MongoDB通讯协议简介

Redis

Redis的通讯协议可以说大集汇了……消息头标识，消息行还有就行里可能还有个数据块大小描述.首先Redis是以行来划分，每行以\r\n行结束。每一行都有一个消息头，消息头共分为5种分别如下:

(+) 表示一个正确的状态信息，具体信息是当前行+后面的字符。

(-) 表示一个错误信息，具体信息是当前行－后面的字符。

(*) 表示消息体总共有多少行，不包括当前行,*后面是具体的行数。

($) 表示下一行数据长度，不包括换行符长度\r\n,$后面则是对应的长度的数据。

(:) 表示返回一个数值，：后面是相应的数字节符。

以上就是Redis协议的基础组成部分，下面来分析几个指令了解一下具体相关指令和返回情况.

SET

SET HENRY  HENRYFAN

以上命令是设置HENRY 的值为HENRYFAN.在Redis的通讯协议上会以空格把命令拆分成三行;得到最终的命令如下：

*3\r\n
$3\r\n
SET\r\n
$5\r\n
HENRY\r\n
$8\r\n
HENRYFAN\r\n

服务端操作成功

+OK\r\n

如果出现错误服务端会返回

-错误信息\r\n

GET

客户端

GET HENRY

产生的通讯指令是：

*2\r\n
$3\r\n
GET\r\n
$5\r\n
HENRY\r\n

服务端:

如果存在这个Key则返回

$8\r\n
HENRYFAN\r\n

不存在返回

$-1\r\n

HKEYS

客户端

HKEYS HENRY

以上命令是获取对应HENRY有多少个field成员

*2\r\n
$5\r\n
HKEYS\r\n
$5\r\n
HENRY\r\n

服务端

如果不存在任何字段信息

*0\r\n

如果存在QQ字段信息

*1\r\n
$2\r\n
QQ\r\n

HMGET

客户端

HMGET HENRY QQ

以上命令是获取HENRY的QQ信息。

*3\r\n
$5\r\n
HMGET\r\n
$5\r\n
HENRY\r\n
$2\r\n
QQ\r\n

服务端

如果不存在字段值

*1\r\n
$-1\r\n

存在字段值

*1\r\n
$8\r\n
28304340\r\n

MongDB

总结性的说MongoDB通讯基于TCP之上，数据采用BSON封装

CP具有良好的拥塞控制，可靠传输等特性，比较适合数据库产品的通讯协议。一些对数据一致性，可靠性要求不高的产品也有采用UDP协议实现。如Redis，Memcached都支持UDP访问，但从实际的生产上来说，TCP来的更可靠，UDP的“不可靠”性质，反而会带来更多的运维负担，增加了排查问题的复杂性。

关于BSON

BSON作为JSON的一种扩展，支持了Binary的数据类型，日期数据等。相比较于Protocol Buffers而言，数据是Humman Readable。MongoDB经常提及的Documents，实际上就是BSON格式数据。同样的，支持嵌套的机制，BSON可以很好的映射成Object，这相对于表结构，在灵活性上提高了一大截。数据不在是扁平的，可以是树形的组织结构，比如：

{
"_id" : 1,
"name" : { "first" : "John", "last" : "Backus" },
"contribs" : [ "Fortran", "ALGOL", "Backus-Naur Form", "FP" ],
"awards" : [
{
"award" : "W.W. McDowell Award",
"year" : 1967,
"by" : "IEEE Computer Society"
},
{ "award" : "Draper Prize",
"year" : 1993,
"by" : "National Academy of Engineering"
}
]
}

当然BSON也有非常讨厌的一些地方，比如编码后的数据过大，引入了过的括号，符号等。

Wire Protocol

TCP是一种Stream的通讯方式，每次请求之间没有间隔，数据源源不断的发来，那如何才能识别出一个完整的请求块？一般的解决方法是加上一个Header，Header的长度固定，用来描述余下的信息量，包括携带的信息长度。额外说明：MongoDB的网络协议都是little-endian。

参考util/net/message.h的代码：

struct Layout {
int32_t messageLength; // total message size, including this
int32_t requestID;     // identifier for this message
int32_t responseTo;    // requestID from the original request
//   (used in responses from db)
int32_t opCode;
};

messageLength表示整个协议的长度，因为是头部，所以Client每次发送命令时都要先将数据写到Buffer里，得到完整的长度后才能通过TCP发送整个请求。MongoDB规定，messageLength不能大于48MB（1000计算），过大的请求包一般意味着过于复杂的请求类型，或者过大的Document，这与NoSQL的设计原则也是违背的。

requestID/responseTo每个请求都有一个ID标识，同一时刻不应该出现相同的requestID，Driver和Server通过这个字段来确认是否是同一个请求的上下文

opCode操作代码，支持的类型：request-opcodes

相关的解析代码在MessagingPort::recv(Message& m)函数内，首先读取固定长度的Header（Layout），读取到Header后，根据messageLength数值做个预判是否是其他的协议类型，预判全部通过后等待读取余下的协议（messageLength-4），如果SocketBuffer中数据不足，就会阻塞在这里，等待数据包完整到达。

从网络上获得了完整的数据后交给MyMessageHandler::process来处理接下来的命令，这时opCode开始发挥作用，assembleResponse函数会根据opcode的不同，按照不同的协议去解析出相应的对象，然后执行命令。最后按照同样的协议格式发送给Client响应。发给Client的responseTo设置为与请求命令的requestID相同，以便Driver对应到相应的上下文。