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談起數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)來(lái)，估計(jì)很多同學(xué)的第一反應(yīng)都是ACID，而排在ACID中首位的A原子性，要求一個(gè)事務(wù)中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成。熟悉redis的同學(xué)肯定知道，在redis中也存在事務(wù)，那么它的事務(wù)也滿(mǎn)足原子性嗎?下面我們就來(lái)一探究竟。

什么是Redis事務(wù)?

和數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)類(lèi)似，redis事務(wù)也是用來(lái)一次性地執(zhí)行多條命令。使用起來(lái)也很簡(jiǎn)單，可以用MULTI開(kāi)啟一個(gè)事務(wù)，然后將多個(gè)命令入隊(duì)到事務(wù)的隊(duì)列中，最后由EXEC命令觸發(fā)事務(wù)，執(zhí)行事務(wù)中的所有命令?？匆粋€(gè)簡(jiǎn)單的事務(wù)執(zhí)行例子：

127.0.0.1:6379> multi 
OK 
127.0.0.1:6379> set name Hydra 
QUEUED 
127.0.0.1:6379> set age 18 
QUEUED 
127.0.0.1:6379> incr age 
QUEUED 
127.0.0.1:6379> exec 
1) OK 
2) OK 
3) (integer) 19 

可以看到，在指令和操作數(shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型等都正常的情況下，輸入EXEC后所有命令被執(zhí)行成功。

Redis事務(wù)滿(mǎn)足原子性嗎?

如果要驗(yàn)證redis事務(wù)是否滿(mǎn)足原子性，那么需要在redis事務(wù)執(zhí)行發(fā)生異常的情況下進(jìn)行，下面我們分兩種不同類(lèi)型的錯(cuò)誤分別測(cè)試。

語(yǔ)法錯(cuò)誤

首先測(cè)試命令中有語(yǔ)法錯(cuò)誤的情況，這種情況多為命令的參數(shù)個(gè)數(shù)不正確或輸入的命令本身存在錯(cuò)誤。下面我們?cè)谑聞?wù)中輸入一個(gè)存在格式錯(cuò)誤的命令，開(kāi)啟事務(wù)并依次輸入下面的命令：

127.0.0.1:6379> multi 
OK 
127.0.0.1:6379> set name Hydra 
QUEUED 
127.0.0.1:6379> incr 
(error) ERR wrong number of arguments for 'incr' command 
127.0.0.1:6379> set age 18 
QUEUED 

輸入的命令incr后面沒(méi)有添加參數(shù)，屬于命令格式不對(duì)的語(yǔ)法錯(cuò)誤，這時(shí)在命令入隊(duì)時(shí)就會(huì)立刻檢測(cè)出錯(cuò)誤并提示error。使用exec執(zhí)行事務(wù)，查看結(jié)果輸出：

127.0.0.1:6379> exec 
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors. 

在這種情況下，只要事務(wù)中的一條命令有語(yǔ)法錯(cuò)誤，在執(zhí)行exec后就會(huì)直接返回錯(cuò)誤，包括語(yǔ)法正確的命令在內(nèi)的所有命令都不會(huì)被執(zhí)行。對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證，看一下在事務(wù)中其他指令執(zhí)行情況，查看set命令的執(zhí)行結(jié)果，全部為空，說(shuō)明指令沒(méi)有被執(zhí)行。

127.0.0.1:6379> get name 
(nil) 
127.0.0.1:6379> get age 
(nil) 

此外，如果存在命令本身拼寫(xiě)錯(cuò)誤、或輸入了一個(gè)不存在的命令等情況，也屬于語(yǔ)法錯(cuò)誤的情況，執(zhí)行事務(wù)時(shí)會(huì)直接報(bào)錯(cuò)。

運(yùn)行錯(cuò)誤

運(yùn)行錯(cuò)誤是指輸入的指令格式正確，但是在命令執(zhí)行期間出現(xiàn)的錯(cuò)誤，典型場(chǎng)景是當(dāng)輸入?yún)?shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型不符合命令的參數(shù)要求時(shí)，就會(huì)發(fā)生運(yùn)行錯(cuò)誤。例如下面的例子中，對(duì)一個(gè)string類(lèi)型的值執(zhí)行列表的操作，報(bào)錯(cuò)如下：

127.0.0.1:6379> set key1 value1 
OK 
127.0.0.1:6379> lpush key1 value2 
(error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value 

這種錯(cuò)誤在redis實(shí)際執(zhí)行指令前是無(wú)法被發(fā)現(xiàn)的，只能當(dāng)真正執(zhí)行才能夠被發(fā)現(xiàn)，因此這樣的命令是可以被事務(wù)隊(duì)列接收的，不會(huì)和上面的語(yǔ)法錯(cuò)誤一樣立即報(bào)錯(cuò)。

具體看一下當(dāng)事務(wù)中存在運(yùn)行錯(cuò)誤的情況，在下面的事務(wù)中，嘗試對(duì)string類(lèi)型數(shù)據(jù)進(jìn)行incr自增操作：

127.0.0.1:6379> multi 
OK 
127.0.0.1:6379> set name Hydra 
QUEUED 
127.0.0.1:6379> set age eighteen 
QUEUED 
127.0.0.1:6379> incr age 
QUEUED 
127.0.0.1:6379> del name 
QUEUED 

redis一直到這里都沒(méi)有提示存在錯(cuò)誤，執(zhí)行exec看一下結(jié)果輸出：

127.0.0.1:6379> exec 
1) OK 
2) OK 
3) (error) ERR value is not an integer or out of range 
4) (integer) 1 

運(yùn)行結(jié)果可以看到，雖然incr age這條命令出現(xiàn)了錯(cuò)誤，但是它前后的命令都正常執(zhí)行了，再看一下這些key對(duì)應(yīng)的值，確實(shí)證明了其余指令都執(zhí)行成功：

127.0.0.1:6379> get name 
(nil) 
127.0.0.1:6379> get age 
"eighteen" 

階段性結(jié)論

對(duì)上面的事務(wù)的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行一下分析：

• 存在語(yǔ)法錯(cuò)誤的情況下，所有命令都不會(huì)執(zhí)行
• 存在運(yùn)行錯(cuò)誤的情況下，除執(zhí)行中出現(xiàn)錯(cuò)誤的命令外，其他命令都能正常執(zhí)行

通過(guò)分析我們知道了redis中的事務(wù)是不滿(mǎn)足原子性的，在運(yùn)行錯(cuò)誤的情況下，并沒(méi)有提供類(lèi)似數(shù)據(jù)庫(kù)中的回滾功能。那么為什么redis不支持回滾呢，官方文檔給出了說(shuō)明，大意如下：

• redis命令失敗只會(huì)發(fā)生在語(yǔ)法錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)類(lèi)型錯(cuò)誤的情況，這一結(jié)果都是由編程過(guò)程中的錯(cuò)誤導(dǎo)致，這種情況應(yīng)該在開(kāi)發(fā)環(huán)境中檢測(cè)出來(lái)，而不是生產(chǎn)環(huán)境
• 不使用回滾，能使redis內(nèi)部設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，速度更快
• 回滾不能避免編程邏輯中的錯(cuò)誤，如果想要將一個(gè)鍵的值增加2卻只增加了1，這種情況即使提供回滾也無(wú)法提供幫助

基于以上原因，redis官方選擇了更簡(jiǎn)單、更快的方法，不支持錯(cuò)誤回滾。這樣的話(huà)，如果在我們的業(yè)務(wù)場(chǎng)景中需要保證原子性，那么就要求了開(kāi)發(fā)者通過(guò)其他手段保證命令全部執(zhí)行成功或失敗，例如在執(zhí)行命令前進(jìn)行參數(shù)類(lèi)型的校驗(yàn)，或在事務(wù)執(zhí)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)及時(shí)做事務(wù)補(bǔ)償。

提到其他方式，相信很多小伙伴都聽(tīng)說(shuō)使用Lua腳本來(lái)保證操作的原子性，例如在分布式鎖中通常使用的就是Lua腳本，那么，神奇的Lua腳本真的能保證原子性嗎?

簡(jiǎn)單的Lua腳本入門(mén)

在驗(yàn)證lua腳本的原子性之前，我們需要對(duì)它做一個(gè)簡(jiǎn)單的了解。redis從2.6版本開(kāi)始支持執(zhí)行l(wèi)ua腳本，它的功能和事務(wù)非常類(lèi)似，一段lua腳本被視作一條命令執(zhí)行，這樣將多條redis命令寫(xiě)入lua，即可實(shí)現(xiàn)類(lèi)似事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。我們先看一下下面幾個(gè)常用的命令。

EVAL 命令

最常用的EVAL用于執(zhí)行一段腳本，它的命令的格式如下：

EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]  

簡(jiǎn)單解釋一下其中的參數(shù)：

• script是一段lua腳本程序
• numkeys指定后續(xù)參數(shù)有幾個(gè)key，如沒(méi)有key則為0
• key [key …]表示腳本中用到的redis中的鍵，在lua腳本中通過(guò)KEYS[i]的形式獲取
• arg [arg …]表示附加參數(shù)，在lua腳本中通過(guò)ARGV[i]獲取

看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

127.0.0.1:6379> eval "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2 key1 key2 value1 vauel2 
1) "key1" 
2) "key2" 
3) "value1" 
4) "vauel2" 

在上面的命令中，雙引號(hào)中是lua腳本程序，后面的2表示存在兩個(gè)key，分別是key1和key2，之后的參數(shù)是附加參數(shù)value1和value2。

如果想要使用lua腳本執(zhí)行set命令，可以寫(xiě)成這樣：

127.0.0.1:6379> EVAL "redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1]);" 1 name Hydra 
(nil) 

這里使用了redis內(nèi)置的lua函數(shù)redis.call來(lái)完成set命令，這里打印的執(zhí)行結(jié)果nil是因?yàn)闆](méi)有返回值，如果不習(xí)慣的話(huà)，其實(shí)我們可以在腳本中添加return 0;的返回語(yǔ)句。

SCRIPT LOAD 和 EVALSHA命令

這兩個(gè)命令放在一起是因?yàn)樗鼈円话愠蓪?duì)使用。先看SCRIPT LOAD，它用于把腳本加載到緩存中，返回SHA1校驗(yàn)和，這時(shí)候只是緩存了命令，但是命令沒(méi)有被馬上執(zhí)行，看一個(gè)例子：

127.0.0.1:6379> SCRIPT LOAD "return redis.call('GET', KEYS[1]);" 
"228d85f44a89b14a5cdb768a29c4c4d907133f56" 

這里返回了一個(gè)SHA1的校驗(yàn)和，接下來(lái)就可以使用EVALSHA來(lái)執(zhí)行腳本了：

127.0.0.1:6379> EVALSHA "228d85f44a89b14a5cdb768a29c4c4d907133f56" 1 name 
"Hydra" 

這里使用這個(gè)SHA1值就相當(dāng)于導(dǎo)入了上面緩存的命令，在之后再拼接numkeys、key、arg等參數(shù)，命令就能夠正常執(zhí)行了。

其他命令

使用SCRIPT EXISTS命令判斷腳本是否被緩存：

127.0.0.1:6379> SCRIPT EXISTS 228d85f44a89b14a5cdb768a29c4c4d907133f56 
1) (integer) 1 

使用SCRIPT FLUSH命令清除redis中的lua腳本緩存：

127.0.0.1:6379> SCRIPT FLUSH 
OK 
127.0.0.1:6379> SCRIPT EXISTS 228d85f44a89b14a5cdb768a29c4c4d907133f56 
1) (integer) 0 

可以看到，執(zhí)行了SCRIPT FLUSH后，再次通過(guò)SHA1值查看腳本時(shí)已經(jīng)不存在。最后，還可以使用SCRIPT KILL命令殺死當(dāng)前正在運(yùn)行的 lua 腳本，但是只有當(dāng)腳本沒(méi)有執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)才會(huì)生效。

從這些操作看來(lái)，lua腳本具有下面的優(yōu)點(diǎn)：

• 多次網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求可以在一次請(qǐng)求中完成，減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，減少了網(wǎng)絡(luò)延遲
• 客戶(hù)端發(fā)送的腳本會(huì)存在redis中，其他客戶(hù)端可以復(fù)用這一腳本，而不需要再重復(fù)編碼完成相同的邏輯

Java代碼中使用lua腳本

在Java代碼中可以使用Jedis中封裝好的API來(lái)執(zhí)行l(wèi)ua腳本，下面是一個(gè)使用Jedis執(zhí)行l(wèi)ua腳本的例子：

public static void main(String[] args) { 
    Jedis jedis = new Jedis("127.0.0.1", 6379); 
    String script="redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1]);" 
            +"return redis.call('GET', KEYS[1]);"; 
    List<String> keys= Arrays.asList("age"); 
    List<String> values= Arrays.asList("eighteen"); 
    Object result = jedis.eval(script, keys, values); 
    System.out.println(result); 
} 

執(zhí)行上面的代碼，控制臺(tái)打印了get命令返回的結(jié)果：

eighteen 

簡(jiǎn)單的鋪墊完成后，我們來(lái)看一下lua腳本究竟能否實(shí)現(xiàn)回滾級(jí)別的原子性。對(duì)上面的代碼進(jìn)行改造，插入一條運(yùn)行錯(cuò)誤的命令：

public static void main(String[] args) { 
    Jedis jedis = new Jedis("127.0.0.1", 6379); 
    String script="redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1]);" 
            +"redis.call('INCR', KEYS[1]);" 
            +"return redis.call('GET', KEYS[1]);"; 
    List<String> keys= Arrays.asList("age"); 
    List<String> values= Arrays.asList("eighteen"); 
    Object result = jedis.eval(script, keys, values); 
    System.out.println(result); 
} 

查看執(zhí)行結(jié)果：

再到客戶(hù)端執(zhí)行一下get命令：

127.0.0.1:6379> get age 
"eighteen" 

也就是說(shuō)，雖然程序拋出了異常，但異常前的命令還是被正常的執(zhí)行了且沒(méi)有被回滾。再試試直接在redis客戶(hù)端中運(yùn)行這條指令：

127.0.0.1:6379> flushall 
OK 
127.0.0.1:6379> eval "redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1]);redis.call('INCR', KEYS[1]);return redis.call('GET', KEYS[1])" 1 age eight 
(error) ERR Error running script (call to f_c2ea9d5c8f60735ecbedb47efd42c834554b9b3b): @user_script:1: ERR value is not an integer or out of range 
127.0.0.1:6379> get age 
"eight" 

同樣，錯(cuò)誤之前的指令仍然沒(méi)有被回滾，那么我們之前經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)的Lua腳本保證原子性操作究竟是怎么回事呢?

其實(shí)，在redis中是使用的同一個(gè)lua解釋器來(lái)執(zhí)行所有命令，也就保證了當(dāng)一段lua腳本在執(zhí)行時(shí)，不會(huì)有其他腳本或redis命令同時(shí)執(zhí)行，保證了操作不會(huì)被其他指令插入或打擾，實(shí)現(xiàn)的僅僅是這種程度上的原子操作。

但是遺憾的是，如果lua腳本運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)并中途結(jié)束，之后的操作不會(huì)進(jìn)行，但是之前已經(jīng)發(fā)生的寫(xiě)操作不會(huì)撤銷(xiāo)，所以即使使用了lua腳本，也不能實(shí)現(xiàn)類(lèi)似數(shù)據(jù)庫(kù)回滾的原子性。

本文基于redis 5.0.3 進(jìn)行測(cè)試

官方文檔相關(guān)說(shuō)明：https://redis.io/topics/transactions

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「碼農(nóng)參上」

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