Redis 模块机制 - 模块编写篇

Posted 2021-04-07 Linux内核那些事

在 Redis 应用中，模块机制是提及得比较少的一个功能，主要是 Redis 的功能基本上能应付各种需求，很少需要自己编写模块来扩展功能的。但有时候我们希望为 Redis 提供一些较为高级的功能，比如提供支持回滚的事务功能，这时就需要编写模块来进行扩展。

Redis 为模块编写者提供了丰富的 API 来操纵 Redis，下面我们编写一个简单的 Redis 模块来阐明模块编写的过程。

编写一个简单的 Redis 模块

我们要编写的模块只提供一个简单的功能，就是计算一个数的平方数，命令如下

$ 127.0.0.1:6379> math.double 10
  (integer) 100

我们先把模块的代码贴出来，然后再解释代码的意义：

#include "redismodule.h"
#include <stdlib.h>

int MathDouble_RedisCommand(RedisModuleCtx *ctx, RedisModuleString **argv, int argc) {
    long long num;

    if (argc == 2) {
        RedisModule_StringToLongLong(argv[1], &num);
        RedisModule_ReplyWithLongLong(ctx, num * num);
        return REDISMODULE_OK;
    }

    return RedisModule_ReplyWithError(ctx, "ERR invalid num parameters");
}

int RedisModule_OnLoad(RedisModuleCtx *ctx, RedisModuleString **argv, int argc) {
    if (RedisModule_Init(ctx, "math", 1, REDISMODULE_APIVER_1) == REDISMODULE_ERR)
        return REDISMODULE_ERR;

    if (RedisModule_CreateCommand(ctx, "math.double",
            MathDouble_RedisCommand, "readonly", 1, 1, 1) == REDISMODULE_ERR)
        return REDISMODULE_ERR;

    return REDISMODULE_OK;
}

上面引入的 redismodule.h 文件是从 Redis 源码包中复制过来的，编写 Redis 模块时必须引入这个文件。

然后我们可以通过以下命令来编译这个模块：

$ gcc math.c -fPIC -shared -o math.so

上面的命令是把模块编译成 .so 文件，也就是共享库文件。然后可以通过 Redis 的 module load 命令来把模块加载到 Redis 中，如下：

$ module load ./math.so
  OK

然后可以通过 module list 命令查看 Redis 已经加载的模块列表：

$ module list
1) 1) "name"
   2) "math"
   3) "ver"
   4) (integer) 1

可以看到，我们的 math 模块已经被加载到 Redis 中。

接下来，我们就可以通过 math 模块提供的 math.double 命令来计算一个数的平方数，如下：

$ 127.0.0.1:6379> math.double 10
  (integer) 100

如果看到上面的结果，那么恭喜你，因为你编写的模块已经被加入到 Redis 中。

模块代码解释

每个 Redis 模块都需要提供一个 RedisModule_OnLoad() 函数，这个函数是 Redis 加载模块时会调用的函数，也就是说，Redis 加载一个模块时，会调用这个模块的 RedisModule_OnLoad() 函数。 RedisModule_OnLoad() 函数的定义如下：

int RedisModule_OnLoad(RedisModuleCtx *ctx, RedisModuleString **argv, int argc);

函数的第一个参数类型必须是 RedisModuleCtx，表示模块的上下文，主要用来存放模块的一些基本信息。第二个参数类型为 RedisModuleString，表示载入模块时传入的参数列表。第三个参数类型为 int，表示参数列表的个数。

在 RedisModule_OnLoad() 函数中一般需要调用 RedisModule_Init() 函数来向 Redis 注册模块，RedisModule_Init() 函数原型如下：

int RedisModule_Init(RedisModuleCtx *ctx, const char *name, int ver, int apiver);

第一个参数的类型前面已经介绍过，第二个参数用于指定模块的名称，第三个参数用于指定模块的版本，而第四个参数用于指定API的版本。

注册完模块后，就可以通过 RedisModule_CreateCommand() 函数来为模块创建命令。RedisModule_CreateCommand() 函数原型如下：

int RedisModule_CreateCommand(RedisModuleCtx *ctx, const char *name, RedisModuleCmdFunc cmdfunc,
                              const char *strflags, int firstkey, int lastkey, int keystep);

RedisModule_CreateCommand() 函数稍微有点复杂，下面介绍各个参数的作用：

• ctx：就是模块的上下文。

• name：用于指定命令的名称，比如上面我们定义的 math.double。

• cmdfunc：用于指定命令的功能函数，也就是当我们调用一个命令时，就会通过调用这个函数来实现具体的功能。

• strflags：用于指定命令的功能，比如 write 表示命令对 Redis 进行写操作，而 readonly 表示命令只会读取 Redis 的数据等，为什么需要指定命令的功能呢？因为如果命令会对 Redis 进行写操作，那么 Redis 就需要把命令持久化。

• firstkey，lastkey，keystep：用于指导 command getkeys 命令（command getkeys 命令的使用可以参考 Redis 使用手册）获取 keys 列表时使用的，如果不提供这个功能，可以设置为0。

一个模块最重要的是命令的功能函数，如上面模块中的 MathDouble_RedisCommand() 函数，我们把 MathDouble_RedisCommand() 再展示一遍：

int MathDouble_RedisCommand(RedisModuleCtx *ctx, RedisModuleString **argv, int argc) {
    long long num;

    if (argc == 2) {
        RedisModule_StringToLongLong(argv[1], &num);
        RedisModule_ReplyWithLongLong(ctx, num * num);
        return REDISMODULE_OK;
    }

    return RedisModule_ReplyWithError(ctx, "ERR invalid num parameters");
}

一个命令的功能函数的原型如下：

int xxx_RedisCommand(RedisModuleCtx *ctx, RedisModuleString **argv, int argc);

函数的名称可以随便定义，不过按照规范，一般以 _RedisCommand 结尾。第一个参数就是模块上下文，而第二个参数是命令的参数列表，第三个参数是参数列表的个数。

在上面的例子中，MathDouble_RedisCommand() 函数首先判断参数个数是否正确，如果不正确就返回 invalid num parameters 的错误信息。然而，Redis 提供了很多 API 让我们使用，比如 RedisModule_StringToLongLong() 函数就是把参数转换成 long long 类型的数值。而 RedisModule_ReplyWithLongLong() 函数可以让 Redis 回复一个整型数值给客户端。

Redis 提供的 API 非常多，具体可以参考 Redis 官网的模块开发介绍或者查看 redismodule.h 文件。Redis 模块编写的介绍就到这里了，下篇会介绍 Redis 模块内部的实现原理。

参考文献：

1. Redis模块开发手册：Redis Modules: an introduction to the API

2. Redis模块API手册 Modules API reference