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用C、python手写redis客户端,兼容redis集群 (-MOVED和-ASK),快速搭建redis集群

开发技术 开发技术 2周前 (09-10) 15次浏览

  

  想没想过,自己写一个redis客户端,是不是很难呢?
  其实,并不是特别难。
  首先,要知道redis服务端用的通信协议,建议直接去官网看,博客啥的其实也是从官网摘抄的,或者从其他博客抄的(忽略)。
  协议说明中文官网地址: http://www.redis.cn/topics/protocol.html
 

  redis通信协议

  

  列出主要的点,便于对于下面程序的理解。
  Redis在TCP端口6379(默认端口,在配置可以修改)上监听到来的连接,在客户端与服务器端之间传输的每个Redis命令或者数据都以rn结尾。
 

  回复(服务端可客户端恢复的协议)

  Redis用不同的回复类型回复命令。它可能从服务器发送的第一个字节开始校验回复类型:
  * 用单行回复(状态回复),回复的第一个字节将是“+”
  * 错误消息,回复的第一个字节将是“-”
  * 整型数字,回复的第一个字节将是“:”
  * 批量回复,回复的第一个字节将是“$”
  * 多个批量回复,回复的第一个字节将是“*”
 

  Bulk Strings(批量回复)

  批量回复被服务器用于返回一个单二进制安全字符串。
  C: GET mykey
  S: $6rnfoobarrn
  服务器发送第一行回复,该行以“$”开始后面跟随实际要发送的字节数,随后是CRLF,然后发送实际数据,随后是2个字节的额外数据用于最后的CRLF。服务器发送的准确序列如下:
  ”$6rnfoobarrn”
  如果请求的值不存在,批量回复将使用特殊的值-1来作为数据长度,例如:
  C: GET nonexistingkey
  S: $-1
  当请求的对象不存在时,客户端库API不会返回空字符串,而会返回空对象。例如:Ruby库返回‘nil’,而C库返回NULL(或者在回复的对象里设置指定的标志)等等。
   

  二进制

  简单说下二进制,就是会包含,所以C语言在处理的时候,就不能用str函数,像strlen、strcpy等,因为它们都是以来判断字符串结尾的。
 

  redis集群  

  写redis客户端,要考虑到单机和集群,单机知道上面的协议就可以写了,集群还要学习一下。
  官网地址: http://www.redis.cn/topics/cluster-tutorial.html  http://www.redis.cn/topics/cluster-spec.html

  超简单搭建redis集群

  

  官网也介绍了怎么搭建redis集群,试过比较麻烦,因为用的centos6.5,如果用较新的centos,可能会好点。
  redis集群超简单搭建方法:https://blog.csdn.net/cjfeii/article/details/47320351

  Redis 集群的数据分片

  

  Redis 集群没有使用一致性hash, 而是引入了 哈希槽的概念.
  Redis 集群有16384个哈希槽,每个key通过CRC16校验后对16384取模来决定放置哪个槽.集群的每个节点负责一部分hash槽,举个例子,比如当前集群有3个节点,那么:
  * 节点 A 包含 0 到 5500号哈希槽.
  * 节点 B 包含5501 到 11000 号哈希槽.
  * 节点 C 包含11001 到 16384号哈希槽.
  这种结构很容易添加或者删除节点. 比如如果我想新添加个节点D, 我需要从节点 A, B, C中得部分槽到D上. 如果我想移除节点A,需要将A中的槽移到B和C节点上,然后将没有任何槽的A节点从集群中移除即可.   由于从一个节点将哈希槽移动到另一个节点并不会停止服务,所以无论添加删除或者改变某个节点的哈希槽的数量都不会造成集群不可用的状态.
  

  Redis 集群协议中的客户端和服务器端

  在 Redis 集群中,节点负责存储数据、记录集群的状态(包括键值到正确节点的映射)。集群节点同样能自动发现其他节点,检测出没正常工作的节点, 并且在需要的时候在从节点中推选出主节点。
  为了执行这些任务,所有的集群节点都通过TCP连接(TCP bus?)和一个二进制协议(集群连接,cluster bus)建立通信。 每一个节点都通过集群连接(cluster bus)与集群上的其余每个节点连接起来。  节点们使用一个 gossip 协议来传播集群的信息,这样可以:发现新的节点、 发送ping包(用来确保所有节点都在正常工作中)、在特定情况发生时发送集群消息。集群连接也用于在集群中发布或订阅消息。
  由于集群节点不能代理(proxy)请求,所以客户端在接收到重定向错误(redirections errors) -MOVED 和 -ASK 的时候, 将命令重定向到其他节点。理论上来说,客户端是可以自由地向集群中的所有节点发送请求,在需要的时候把请求重定向到其他节点,所以客户端是不需要保存集群状态。 不过客户端可以缓存键值和节点之间的映射关系,这样能明显提高命令执行的效率。

  -MOVED

  

  简单说下返回-MOVED的情况,就是客户端连节点A请求处理key,但其实key其实在节点B,就返回-MOVED,协议如下:-MOVED 3999 127.0.0.1:6381
不用考虑-ASK的情况。

  C语言实现redis客户端

  代码如下:

  

用C、python手写redis客户端,兼容redis集群 (-MOVED和-ASK),快速搭建redis集群用C、python手写redis客户端,兼容redis集群 (-MOVED和-ASK),快速搭建redis集群

#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/poll.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>


ssize_t sock_write_loop( int fd, const void *vptr, size_t n )
{
    size_t nleft = 0;
    ssize_t nwritten = 0;
    const char *ptr;

    ptr = (char *) vptr;
    nleft = n;

    while( nleft > 0 )
    {
        if( (nwritten = write(fd, ptr, nleft) ) <= 0 )
        {
            if( errno == EINTR )
            {
                nwritten = 0;  //再次调用write
            }
            else
            {
                return -5;
            }
        }
        nleft = nleft - nwritten;
        ptr = ptr + nwritten;
    }
    return(n);
}

int sock_read_wait( int fd, int timeout )
{
    struct pollfd pfd;

    pfd.fd = fd;
    pfd.events = POLLIN;
    pfd.revents = 0;

    timeout *= 1000;

    for (;;) 
    {
        switch( poll(&pfd, 1, timeout) ) 
        {
            case -1:
                if( errno != EINTR ) 
                {
                    return (-2);
                }
                continue;

            case 0:
                errno = ETIMEDOUT;
                return (-1);

            default:
                if( pfd.revents & POLLIN )
                    return (0);
                else
                    return (-3);
        }
    }

}

ssize_t sock_read_tmo( int fd, void *vptr, size_t len, int timeout )
{   
    if( timeout > 0 && sock_read_wait(fd, timeout) < 0 )
        return (-1);
    else
        return (read(fd, vptr, len));

}

int sock_connect_nore(const char *IPaddr , int port , int timeout)
{
   // char temp[4096];
    int sock_fd = 0, n = 0, errcode = 0;
    struct sockaddr_in servaddr;

    if( IPaddr == NULL )
    {
        return -1;
    }

    if( (sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) ) < 0 )
    {
        return -1;
    }

    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port   = htons(port);

    //changed by navy 2003.3.3 for support domain addr
    //if( (servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IPaddr) ) == -1 )
    if( (errcode = inet_pton(AF_INET, IPaddr, &servaddr.sin_addr) ) <= 0 )
    {
        //added by navy 2003.3.31 for support domain addr
        struct hostent* pHost = NULL, host;
        char sBuf[2048], sHostIp[17];
        int h_errnop = 0;

        memset(&host, 0, sizeof(host));
        memset(sBuf, 0, sizeof(sBuf));
        memset(sHostIp, 0 , sizeof(sHostIp));
        pHost = &host;

#ifdef _SOLARIS_PLAT
        //solaris
        if( (gethostbyname_r(IPaddr, pHost, sBuf, sizeof(sBuf), &h_errnop) == NULL) || 
#else
                //linux
                if( (gethostbyname_r(IPaddr, pHost, sBuf, sizeof(sBuf), &pHost, &h_errnop) != 0) || 
#endif
                    (pHost == NULL) ) 
                {
                close(sock_fd);
                return -1;
                }

                if( pHost->h_addrtype != AF_INET && pHost->h_addrtype != AF_INET6 )
                {
                close(sock_fd);
                return -1;
                }

                //目前仅取第一个IP地址
                if( (inet_ntop(pHost->h_addrtype, *(pHost->h_addr_list), sHostIp, sizeof(sHostIp)) ) == NULL )
                {
                    close(sock_fd);
                    return -1;
                }

                
                if( (errcode = inet_pton(AF_INET, sHostIp, &servaddr.sin_addr) ) <= 0 )
                {
                    close(sock_fd);
                    
                    return -1;
                }
                //end added by navy 2003.3.31
    }

    if( (errcode = sock_timed_connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, 
                    sizeof(servaddr), timeout) ) < 0 )
    {
        close(sock_fd);
        
        return -1;
    }

    return sock_fd;
}

int sock_connect(const char *IPaddr , int port , int timeout)
{
    char temp[4096];
    int sock_fd = 0, n = 0, errcode = 0;
    struct sockaddr_in servaddr;

    if( IPaddr == NULL )
    {
        return -1;
    }

    if( (sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) ) < 0 )
    {
        return -1;
    }

    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port   = htons(port);

    //changed by navy 2003.3.3 for support domain addr
    //if( (servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IPaddr) ) == -1 )
    if( (errcode = inet_pton(AF_INET, IPaddr, &servaddr.sin_addr) ) <= 0 )
    {
        //added by navy 2003.3.31 for support domain addr
        struct hostent* pHost = NULL, host;
        char sBuf[2048], sHostIp[17];
        int h_errnop = 0;

        memset(&host, 0, sizeof(host));
        memset(sBuf, 0, sizeof(sBuf));
        memset(sHostIp, 0 , sizeof(sHostIp));
        pHost = &host;

#ifdef _SOLARIS_PLAT
        //solaris
        if( (gethostbyname_r(IPaddr, pHost, sBuf, sizeof(sBuf), &h_errnop) == NULL) || 
#else
                //linux
                if( (gethostbyname_r(IPaddr, pHost, sBuf, sizeof(sBuf), &pHost, &h_errnop) != 0) || 
#endif
                    (pHost == NULL) ) 
                {
                close(sock_fd);
                return -1;
                }

                if( pHost->h_addrtype != AF_INET && pHost->h_addrtype != AF_INET6 )
                {
                close(sock_fd);
                return -1;
                }

                //目前仅取第一个IP地址
                if( (inet_ntop(pHost->h_addrtype, *(pHost->h_addr_list), sHostIp, sizeof(sHostIp)) ) == NULL )
                {
                    close(sock_fd);
                    return -1;
                }
                
                if( (errcode = inet_pton(AF_INET, sHostIp, &servaddr.sin_addr) ) <= 0 )
                {
                    close(sock_fd);
                    
                    return -1;
                }
                //end added by navy 2003.3.31
    }

    if( (errcode = sock_timed_connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, 
                    sizeof(servaddr), timeout) ) < 0 )
    {
        close(sock_fd);
        
        return -1;
    }

    n = sock_read_tmo(sock_fd, temp, 4096, timeout);

    //一般错误
    if( n <= 0 ) 
    {
        close(sock_fd);
        
        sock_fd = -1;
    }

    return sock_fd;
}

int sock_non_blocking(int fd, int on)
{
    int     flags;

    if ((flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0)) < 0){
        return -10;
    }
    if (fcntl(fd, F_SETFL, on ? flags | O_NONBLOCK : flags & ~O_NONBLOCK) < 0){
        return -10;
    }
    return 0;
}

int sock_write_wait(int fd, int timeout)
{
    struct pollfd pfd;

    pfd.fd = fd;
    pfd.events = POLLOUT;
    pfd.revents = 0;

    timeout *= 1000;

    for (;;) 
    {
        switch( poll(&pfd, 1, timeout) ) 
        {
        case -1:
            if( errno != EINTR ) 
            {

                return (-2);
            }
            continue;

        case 0:
            errno = ETIMEDOUT;
            return (-1);

        default:
            if( pfd.revents & POLLOUT )
                return (0);
            else
                return (-3);
        }
    }

}

int sock_timed_connect(int sock, struct sockaddr * sa, int len, int timeout)
{
    int error = 0;
    socklen_t error_len;

    sock_non_blocking(sock, 1);

    if( connect(sock, sa, len) == 0 )
    {
        sock_non_blocking(sock, 0);
        return (0);
    }

    if( errno != EINPROGRESS )
    {
        sock_non_blocking(sock, 0);
        return (-1);
    }

    /*
     * A connection is in progress. Wait for a limited amount of time for
     * something to happen. If nothing happens, report an error.
     */
    if( sock_write_wait(sock, timeout) != 0)
    {
        sock_non_blocking(sock, 0);
        return (-2);
    }

    /*
     * Something happened. Some Solaris 2 versions have getsockopt() itself
     * return the error, instead of returning it via the parameter list.
     */
    error = 0;
    error_len = sizeof(error);

    if( getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_ERROR, (char *) &error, &error_len) != 0 )
    {
        sock_non_blocking(sock, 0);
        return (-3);
    }
    if( error ) 
    {
        errno = error;
        sock_non_blocking(sock, 0);
        return (-4);
    }

    sock_non_blocking(sock, 0);
    /*
     * No problems.
     */
    return (0);

}

static int check_ip_in_list(const char *ip, char *iplist)
{        
    char *token = NULL;
    char *saveptr = NULL;
    token = strtok_r(iplist, ",", &saveptr);
    while(token != NULL)
    {        
        char *ptmp = NULL;                        
        char *ip_mask = strtok_r(token, "/", &ptmp);
        if(!ip_mask)                    
            return -1;
                     
        char *ip_bit = strtok_r(NULL, "/", &ptmp);
        
        if(ip_bit)
        {
            int mask_bit = atoi(ip_bit);
            if(mask_bit < 0 || mask_bit >32)
                continue;

            unsigned long addr[4] = { 0 };
            sscanf( ip_mask, "%lu.%lu.%lu.%lu", addr, addr + 1, addr + 2, addr + 3 );
            unsigned long vl1 = addr[0] << 24 | addr[1] << 16 | addr[2] << 8 | addr[3];

            sscanf( ip, "%lu.%lu.%lu.%lu", addr, addr + 1, addr + 2, addr + 3 );
            unsigned long vl2 = addr[0] << 24 | addr[1] << 16 | addr[2] << 8 | addr[3];

            vl1 = ( vl1 >> ( 32 - mask_bit ) );
            vl2 = ( vl2 >> ( 32 - mask_bit ) );

            if( vl1 == vl2 )                        
                return 1;                          
        }
        else
        {
            if(strcmp(ip,ip_mask) == 0)            
                return 1;                            
        }                    

        token = strtok_r(NULL, ",", &saveptr);                
    }
        
    return 0;
}

static int check_ip_in_redis(const char *redis_host, const char *ip,const char *rq_pro)
{
    char buf[128];
    int loops = 0;    

    strcpy(buf, redis_host);    

    do
    {
        loops ++;
        char *ptmp = NULL;
        char *host = strtok_r(buf, ":", &ptmp);
        if(!host) return -1;
        char *s_port = strtok_r(NULL, ":", &ptmp);
        if(!s_port) return -1;
        int port = atoi(s_port);
        char respone[40] = {0};

        int sock_fd = -1;
        if((sock_fd = sock_connect_nore(host, port, 5))<0)
            return -1;

        if(sock_write_loop(sock_fd, rq_pro, strlen(rq_pro)) != strlen(rq_pro))
        {
            close(sock_fd);
            return -1;
        }

        if(sock_read_tmo(sock_fd, respone, sizeof(respone)-1, 5)<=0)
        {
            close(sock_fd);
            return -1;
        }        

        if(strncmp(":0", respone, 2) == 0)
        {
            close(sock_fd);
            return 0;
        }            
        else if(strncmp(":1", respone, 2) == 0)
        {
            close(sock_fd);
            return 1;
        }            
        else if(strncmp("$", respone, 1) == 0)
        {                                    
            int data_size = 0;   
            int ret = 0;

            char *data_line = strstr(respone,"rn");
            if(!data_line)
            {
                close(sock_fd);
                return -1;
            }
            data_line = data_line+2;

            data_size = atoi(respone+1);
            if(data_size == -1)
            {
                close(sock_fd);
                return 0;
            }
            if(strlen(data_line) == data_size+2)
            {
                printf("line = %d, data_line = %sn",__LINE__,data_line);
                ret=check_ip_in_list(ip, data_line);
                close(sock_fd);
                return ret;
            }
            char *data = calloc(data_size+3,1);
            if(!data)
            {
                close(sock_fd);
                return -1;
            }
            strcpy(data,data_line);
            int read_size = strlen(data);
            int left_size = data_size + 2 - read_size;
            while(left_size > 0)
            {
                int nread = sock_read_tmo(sock_fd, data+read_size, left_size, 5);
                if(nread<=0)
                {
                    free(data);
                    close(sock_fd);            
                    return -1;
                }
                read_size += nread;
                left_size -= nread;
            }
            close(sock_fd);
            printf("line = %d, data = %sn",__LINE__,data);
            ret=check_ip_in_list(ip, data);
            free(data);
            return ret;
        }            
        else if(strncmp("-MOVED", respone, 6) == 0)
        {
            close(sock_fd);
            char *p = strchr(respone, ' ');
            if(p == NULL)
                return -1;

            p = strchr(p+1, ' ');
            if(p == NULL)
                return -1;

            strcpy(buf, p+1);
        }
        else
        {
            close(sock_fd);
            return -1;
        }            
        
    }while(loops < 2);

    return -1;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("please input ipn");
        return -1;
    }     
    const char *redis_ip = "127.0.0.1:7002";
    const char *domain = "test.com";

    char exist_pro[128] = {0};
    char get_pro[128] = {0};    
    snprintf(exist_pro,sizeof(exist_pro),"EXISTS test|%s|%srn",domain,"127.0.0.1");        
    snprintf(get_pro,sizeof(get_pro),"GET test_%srn",domain);
    int loops = 0;
    int ret = 0;
    do
    {
        loops ++;
        ret = check_ip_in_redis(redis_ip, argv[1],exist_pro);
        if(ret == 0)
            ret = check_ip_in_redis(redis_ip, argv[1],get_pro);
    }while(loops < 3 && ret < 0);

    printf("line = %d, ret = %dn",__LINE__,ret);

    return ret;
}

c_redis_cli.c

  主要看这个check_ip_in_redis函数就行了,其它都是一些socket的封装。

  

  python实现redis客户端

  

#!/usr/bin/python

import sys  
import socket

def main(argv):
    if(len(argv) != 3):
        print "please input domain ip!"
        return
    host = "192.168.188.47"   
    port = 7002
    while 1:
        s = socket.socket()                
        s.connect((host, port))
        
        cmd = 'set %s_white_ip %srn' % (argv[1],argv[2])        
        s.send(cmd)
        res = s.recv(32)
        s.close()        
    
        if res[0] == "+":
            print "set domain white  ip suc!"
            return    
        elif res[0:6] == "-MOVED":
            list = res.split(" ")
            ip_list = list[2].split(":")            
            host = ip_list[0]    
            port = int(ip_list[1])                            
        else:
            print "set domain white  ip error!"
            return                               

if __name__ == "__main__":
    main(sys.argv)

  总结

  多去学一些,想想redis客户端怎么实现的,对redis的理解会更加深入,写了这部分之后,对redis集群有了更加深入的了解了

  

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