访问redis

学习如何访问redis。

redis是最近几年比较火的缓存服务，相比memcached在server端提供了更多的数据结构和操作方法，简化了用户的开发工作。为了使用户更快捷地访问redis并充分利用bthread的并发能力，brpc直接支持redis协议。示例程序：example/redis_c++

相比使用hiredis(官方client)的优势有：

线程安全。用户不需要为每个线程建立独立的client。
支持同步、异步、批量同步、批量异步等访问方式，能使用ParallelChannel等组合访问方式。
支持多种连接方式。支持超时、backup request、取消、tracing、内置服务等一系列RPC基本福利。
一个进程中的所有brpc client和一个redis-server只有一个连接。多个线程同时访问一个redis-server时更高效（见性能）。无论reply的组成多复杂，内存都会连续成块地分配，并支持短串优化(SSO)进一步提高性能。

像http一样，brpc保证在最差情况下解析redis reply的时间复杂度也是O(N)，N是reply的字节数，而不是O($N^2$)。当reply是个较大的数组时，这是比较重要的。

加上-redis_verbose后会打印出所有的redis request和response供调试。

访问单台redis

创建一个访问redis的Channel：

#include <brpc/redis.h>
#include <brpc/channel.h>
brpc::ChannelOptions options;
options.protocol = brpc::PROTOCOL_REDIS;
brpc::Channel redis_channel;
if (redis_channel.Init("0.0.0.0:6379", &options) != 0) {  // 6379是redis-server的默认端口
   LOG(ERROR) << "Fail to init channel to redis-server";
   return -1;
}
...

执行SET后再INCR：

std::string my_key = "my_key_1";
int my_number = 1;
...
// 执行"SET <my_key> <my_number>"
brpc::RedisRequest set_request;
brpc::RedisResponse response;
brpc::Controller cntl;
set_request.AddCommand("SET %s %d", my_key.c_str(), my_number);
redis_channel.CallMethod(NULL, &cntl, &set_request, &response, NULL/*done*/);
if (cntl.Failed()) {
    LOG(ERROR) << "Fail to access redis-server";
    return -1;
}
// 可以通过response.reply(i)访问某个reply
if (response.reply(0).is_error()) {
    LOG(ERROR) << "Fail to set";
    return -1;
}
// 可用多种方式打印reply
LOG(INFO) << response.reply(0).c_str()  // OK
          << response.reply(0)          // OK
          << response;                  // OK
...
// 执行"INCR <my_key>"
brpc::RedisRequest incr_request;
incr_request.AddCommand("INCR %s", my_key.c_str());
response.Clear();
cntl.Reset();
redis_channel.CallMethod(NULL, &cntl, &incr_request, &response, NULL/*done*/);
if (cntl.Failed()) {
    LOG(ERROR) << "Fail to access redis-server";
    return -1;
}
if (response.reply(0).is_error()) {
    LOG(ERROR) << "Fail to incr";
    return -1;
}
// 可用多种方式打印结果
LOG(INFO) << response.reply(0).integer()  // 2
          << response.reply(0)            // (integer) 2
          << response;                    // (integer) 2

批量执行incr或decr

brpc::RedisRequest request;
brpc::RedisResponse response;
brpc::Controller cntl;
request.AddCommand("INCR counter1");
request.AddCommand("DECR counter1");
request.AddCommand("INCRBY counter1 10");
request.AddCommand("DECRBY counter1 20");
redis_channel.CallMethod(NULL, &cntl, &request, &response, NULL/*done*/);
if (cntl.Failed()) {
    LOG(ERROR) << "Fail to access redis-server";
    return -1;
}
CHECK_EQ(4, response.reply_size());
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    CHECK(response.reply(i).is_integer());
    CHECK_EQ(brpc::REDIS_REPLY_INTEGER, response.reply(i).type());
}
CHECK_EQ(1, response.reply(0).integer());
CHECK_EQ(0, response.reply(1).integer());
CHECK_EQ(10, response.reply(2).integer());
CHECK_EQ(-10, response.reply(3).integer());

RedisRequest

一个RedisRequest可包含多个Command，调用AddCommand*增加命令，成功返回true，失败返回false并会打印调用处的栈。

bool AddCommand(const char* fmt, ...);
bool AddCommandV(const char* fmt, va_list args);
bool AddCommandByComponents(const butil::StringPiece* components, size_t n);

格式和hiredis基本兼容：即%b对应二进制数据（指针+length)，其他和printf的参数类似。对一些细节做了改进：当某个字段包含空格时，使用单引号或双引号包围起来会被视作一个字段。比如AddCommand(“Set ‘a key with space’ ‘a value with space as well’”)中的key是a key with space，value是a value with space as well。在hiredis中必须写成redisvCommand(…, “SET %s %s”, “a key with space”, “a value with space as well”);

AddCommandByComponents类似hiredis中的redisCommandArgv，用户通过数组指定命令中的每一个部分。这个方法对AddCommand和AddCommandV可能发生的转义问题免疫，且效率最高。如果你在使用AddCommand和AddCommandV时出现了“Unmatched quote”，“无效格式”等问题且无法定位，可以试下这个方法。

如果AddCommand*失败，后续的AddCommand*和CallMethod都会失败。一般来说不用判AddCommand*的结果，失败后自然会通过RPC失败体现出来。

command_size()可获得（成功）加入的命令个数。

调用Clear()后可重用RedisRequest

RedisResponse

RedisResponse可能包含一个或多个RedisReply，reply_size()可获得reply的个数，reply(i)可获得第i个reply的引用（从0计数）。注意在hiredis中，如果请求包含了N个command，获取结果也要调用N次redisGetReply。但在brpc中这是不必要的，RedisResponse已经包含了N个reply，通过reply(i)获取就行了。只要RPC成功，response.reply_size()应与request.command_size()相等，除非redis-server有bug，redis-server工作的基本前提就是reply和command按序一一对应。

每个reply可能是：

REDIS_REPLY_NIL：redis中的NULL，代表值不存在。可通过is_nil()判定。
REDIS_REPLY_STATUS：在redis文档中称为Simple String。一般是操作的返回状态，比如SET返回的OK。可通过is_string()判定（和string相同），c_str()或data()获得值。
REDIS_REPLY_STRING：在redis文档中称为Bulk String。大多数值都是这个类型，包括incr返回的。可通过is_string()判定，c_str()或data()获得值。
REDIS_REPLY_ERROR：操作出错时的返回值，包含一段错误信息。可通过is_error()判定，error_message()获得错误信息。
REDIS_REPLY_INTEGER：一个64位有符号数。可通过is_integer()判定，integer()获得值。
REDIS_REPLY_ARRAY：另一些reply的数组。可通过is_array()判定，size()获得数组大小，[i]获得对应的子reply引用。

如果response包含三个reply，分别是integer，string和一个长度为2的array。那么可以分别这么获得值：response.reply(0).integer()，response.reply(1).c_str(), repsonse.reply(2)[0]和repsonse.reply(2)[1]。如果类型对不上，调用处的栈会被打印出来，并返回一个undefined的值。

response中的所有reply的ownership属于response。当response析构时，reply也析构了。

调用Clear()后RedisResponse可以重用。

访问redis集群

建立一个使用一致性哈希负载均衡算法(c_md5或c_murmurhash)的channel就能访问挂载在对应命名服务下的redis集群了。注意每个RedisRequest应只包含一个操作或确保所有的操作是同一个key。如果request包含了多个操作，在当前实现下这些操作总会送向同一个server，假如对应的key分布在多个server上，那么结果就不对了，这个情况下你必须把一个request分开为多个，每个包含一个操作。

或者你可以沿用常见的twemproxy方案。这个方案虽然需要额外部署proxy，还增加了延时，但client端仍可以像访问单点一样的访问它。

查看发出的请求和收到的回复

打开-redis_verbose即看到所有的redis request和response，注意这应该只用于线下调试，而不是线上程序。

打开-redis_verbose_crlf2space可让打印内容中的CRLF (\r\n)变为空格，方便阅读。

Name	Value	Description	Defined At
redis_verbose	false	[DEBUG] Print EVERY redis request/response	src/brpc/policy/redis_protocol.cpp
redis_verbose_crlf2space	false	[DEBUG] Show \r\n as a space	src/brpc/redis.cpp

性能

redis版本：2.6.14

分别使用1，50，200个bthread同步压测同机redis-server，延时单位均为微秒。

$ ./client -use_bthread -thread_num 1
TRACE: 02-13 19:42:04:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=18668 latency=50
TRACE: 02-13 19:42:05:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=17043 latency=52
TRACE: 02-13 19:42:06:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=16520 latency=54
$ ./client -use_bthread -thread_num 50
TRACE: 02-13 19:42:54:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=301212 latency=164
TRACE: 02-13 19:42:55:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=301203 latency=164
TRACE: 02-13 19:42:56:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=302158 latency=164
$ ./client -use_bthread -thread_num 200
TRACE: 02-13 19:43:48:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=411669 latency=483
TRACE: 02-13 19:43:49:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=411679 latency=483
TRACE: 02-13 19:43:50:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=412583 latency=482

200个线程后qps基本到极限了。这里的极限qps比hiredis高很多，原因在于brpc默认以单链接访问redis-server，多个线程在写出时会以wait-free的方式合并，从而让redis-server就像被批量访问一样，每次都能从那个连接中读出一批请求，从而获得远高于非批量时的qps。下面通过连接池访问redis-server时qps的大幅回落是另外一个证明。

分别使用1，50，200个bthread一次发送10个同步压测同机redis-server，延时单位均为微秒。

$ ./client -use_bthread -thread_num 1 -batch 10  
TRACE: 02-13 19:46:45:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=15880 latency=59
TRACE: 02-13 19:46:46:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=16945 latency=57
TRACE: 02-13 19:46:47:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=16728 latency=57
$ ./client -use_bthread -thread_num 50 -batch 10
TRACE: 02-13 19:47:14:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=38082 latency=1307
TRACE: 02-13 19:47:15:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=38267 latency=1304
TRACE: 02-13 19:47:16:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=38070 latency=1305
  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND 
16878 gejun     20   0 48136 2436 1004 R 93.8  0.0  12:48.56 redis-server   // thread_num=50
$ ./client -use_bthread -thread_num 200 -batch 10
TRACE: 02-13 19:49:09:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=29053 latency=6875
TRACE: 02-13 19:49:10:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=29163 latency=6855
TRACE: 02-13 19:49:11:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=29271 latency=6838
  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND 
16878 gejun     20   0 48136 2508 1004 R 99.9  0.0  13:36.59 redis-server   // thread_num=200

注意redis-server实际处理的qps要乘10。乘10后也差不多在40万左右。另外在thread_num为50或200时，redis-server的CPU已打满。注意redis-server是单线程reactor，一个核心打满就意味server到极限了。

使用50个bthread通过连接池方式同步压测同机redis-server。

$ ./client -use_bthread -connection_type pooled
TRACE: 02-13 18:07:40:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=75986 latency=654
TRACE: 02-13 18:07:41:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=75562 latency=655
TRACE: 02-13 18:07:42:   * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=75238 latency=657
  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
16878 gejun     20   0 48136 2520 1004 R 99.9  0.0   9:52.33 redis-server

可以看到qps相比单链接时有大幅回落，同时redis-server的CPU打满了。原因在于redis-server每次只能从一个连接中读到一个请求，IO开销大幅增加。这也是单个hiredis client的极限性能。

Command Line Interface

example/redis_c++/redis_cli是一个类似于官方CLI的命令行工具，以展示brpc对redis协议的处理能力。当使用brpc访问redis-server出现不符合预期的行为时，也可以使用这个CLI进行交互式的调试。

和官方CLI类似，redis_cli <command>也可以直接运行命令，-server参数可以指定redis-server的地址。

$ ./redis_cli 
     __          _     __
    / /_  ____ _(_)___/ /_  __      _________  _____
   / __ \/ __ `/ / __  / / / /_____/ ___/ __ \/ ___/
  / /_/ / /_/ / / /_/ / /_/ /_____/ /  / /_/ / /__  
 /_.___/\__,_/_/\__,_/\__,_/     /_/  / .___/\___/  
                                     /_/            
This command-line tool mimics the look-n-feel of official redis-cli, as a 
demostration of brpc's capability of talking to redis server. The 
output and behavior is not exactly same with the official one.
redis 127.0.0.1:6379> mset key1 foo key2 bar key3 17
OK
redis 127.0.0.1:6379> mget key1 key2 key3
["foo", "bar", "17"]
redis 127.0.0.1:6379> incrby key3 10
(integer) 27
redis 127.0.0.1:6379> client setname brpc-cli
OK
redis 127.0.0.1:6379> client getname
"brpc-cli"

修改于 2023年2月13日: add the new committer Zhaogeng Li (#133) (ade03ff)