Golang|Golang 实现 Redis系列(六)如何实现 pipeline 模式的 redis 客户端 Golang实现Redis系列(六)如何实现

本文的完整代码在github.com/hdt3213/godis/redis/client
通常 TCP 客户端的通信模式都是阻塞式的: 客户端发送请求 -> 等待服务端响应 -> 发送下一个请求。因为需要等待网络传输数据，完成一次请求循环需要等待较多时间。
我们能否不等待服务端响应直接发送下一条请求呢？答案是肯定的。
TCP 作为全双工协议可以同时进行上行和下行通信，不必担心客户端和服务端同时发包会导致冲突。
p.s. 打电话的时候两个人同时讲话就会冲突听不清，只能轮流讲。这种通信方式称为半双工。广播只能由电台发送到收音机不能反向传输，这种方式称为单工。
我们为每一个 tcp 连接分配了一个 goroutine 可以保证先收到的请求先先回复。另一个方面，tcp 协议会保证数据流的有序性，同一个 tcp 连接上先发送的请求服务端先接收，先回复的响应客户端先收到。因此我们不必担心混淆响应所对应的请求。
这种在服务端未响应时客户端继续向服务端发送请求的模式称为 Pipeline 模式。因为减少等待网络传输的时间，Pipeline 模式可以极大的提高吞吐量，减少所需使用的 tcp 链接数。
pipeline 模式的 redis 客户端需要有两个后台协程程负责 tcp 通信，调用方通过 channel 向后台协程发送指令，并阻塞等待直到收到响应，这是一个典型的异步编程模式。
我们先来定义 client 的结构:

type Client struct {connnet.Conn // 与服务端的 tcp 连接pendingReqs chan *Request // 等待发送的请求waitingReqs chan *Request // 等待服务器响应的请求ticker*time.Ticker // 用于触发心跳包的计时器addrstringctxcontext.ContextcancelFunc context.CancelFuncwriting*sync.WaitGroup // 有请求正在处理不能立即停止，用于实现 graceful shutdown}type Request struct {iduint64 // 请求idargs[][]byte // 上行参数replyredis.Reply // 收到的返回值heartbeat bool // 标记是否是心跳请求waiting*wait.Wait // 调用协程发送请求后通过 waitgroup 等待请求异步处理完成errerror}

调用者将请求发送给后台协程，并通过 wait group 等待异步处理完成:

func (client *Client) Send(args [][]byte) redis.Reply { request := &request{args:args,heartbeat: false,waiting:&wait.Wait{}, } request.waiting.Add(1) client.working.Add(1) defer client.working.Done() client.pendingReqs <- request // 请求入队 timeout := request.waiting.WaitWithTimeout(maxWait) // 等待响应或者超时 if timeout {return reply.MakeErrReply("server time out") } if request.err != nil {return reply.MakeErrReply("request failed") } return request.reply}

client 的核心部分是后台的读写协程。先从写协程开始:

// 写协程入口func (client *Client) handleWrite() { for req := range client.pendingReqs {client.doRequest(req) }}// 发送请求func (client *Client) doRequest(req *request) { if req == nil || len(req.args) == 0 {return }// 序列化请求 re := reply.MakeMultiBulkReply(req.args) bytes := re.ToBytes() _, err := client.conn.Write(bytes) i := 0// 失败重试 for err != nil && i < 3 {err = client.handleConnectionError(err)if err == nil {_, err = client.conn.Write(bytes)}i++ } if err == nil {// 发送成功等待服务器响应client.waitingReqs <- req } else {req.err = errreq.waiting.Done() }}

读协程是我们熟悉的协议解析器模板, 不熟悉的朋友可以到解析Redis Cluster原理了解更多。

// 收到服务端的响应func (client *Client) finishRequest(reply redis.Reply) { defer func() {if err := recover(); err != nil {debug.PrintStack()logger.Error(err)} }() request := <-client.waitingReqs if request == nil {return } request.reply = reply if request.waiting != nil {request.waiting.Done() }}// 读协程是个 RESP 协议解析器func (client *Client) handleRead() error { ch := parser.ParseStream(client.conn) for payload := range ch {if payload.Err != nil {client.finishRequest(reply.MakeErrReply(payload.Err.Error()))continue}client.finishRequest(payload.Data) } return nil}

最后编写 client 的构造器和启动异步协程的代码:

func MakeClient(addr string) (*Client, error) {conn, err := net.Dial("tcp", addr)if err != nil {return nil, err}ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())return &Client{addr:addr,conn:conn,sendingReqs: make(chan *Request, chanSize),waitingReqs: make(chan *Request, chanSize),ctx:ctx,cancelFunc:cancel,writing:&sync.WaitGroup{},}, nil}func (client *Client) Start() {client.ticker = time.NewTicker(10 * time.Second)go client.handleWrite()go func() {err := client.handleRead()logger.Warn(err)}()go client.heartbeat()}

关闭 client 的时候记得等待请求完成:

func (client *Client) Close() {// 先阻止新请求进入队列close(client.sendingReqs)// 等待处理中的请求完成client.writing.Wait()// 释放资源_ = client.conn.Close() // 关闭与服务端的连接，连接关闭后读协程会退出client.cancelFunc() // 使用 context 关闭读协程close(client.waitingReqs) // 关闭队列}

测试一下:

func TestClient(t *testing.T) {client, err := MakeClient("localhost:6379")if err != nil {t.Error(err)}client.Start()result = client.Send([][]byte{[]byte("SET"),[]byte("a"),[]byte("a"),})if statusRet, ok := result.(*reply.StatusReply); ok {if statusRet.Status != "OK" {t.Error("`set` failed, result: " + statusRet.Status)}}result = client.Send([][]byte{[]byte("GET"),[]byte("a"),})if bulkRet, ok := result.(*reply.BulkReply); ok {if string(bulkRet.Arg) != "a" {t.Error("`get` failed, result: " + string(bulkRet.Arg))}}}

Keep working, we will find a way out.This is Finley, welcome to join us.
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