如何在Redis中实现事务

事务介绍

事务(Transaction) ，是指作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作。事务必须满足ACID原则(原子性、一致性、隔离性和持久性)。
简单来说，事务可能包括1～N条命令，当这些命令被作为事务处理时，将会顺序执行这些命令直到完成，并返回结果，如果中途有命令失败，则会回滚所有操作。
举个例子:

1. 我们到银行ATM机取一笔钱，我们的操作可能是如下:

2. 插卡(输入密码)

3. 输入要取的金额

4. ATM吐钞
   后台在你的户头上扣掉相应金额

整个操作是一个顺序，不可分割的整体。上一步完成后才会执行下一步，如果ATM没吐钞却扣了用户的钱，银行可是要关门了。

Redis中的事务

先来看一下事务相关的命令

和关系型数据库中的事务相比，在Redis事务中如果有某一条命令执行失败，其后的命令仍然会被继续执行。
我们可以通过MULTI命令开启一个事务，有关系型数据库开发经验的人可以将其理解为BEGIN TRANSACTION语句。在该语句之后执行的命令都将被视为事务之内的操作，最后我们可以通过执行EXEC/DISCARD命令来提交/回滚该事务内的所有操作。这两个Redis命令可被视为等同于关系型数据库中的COMMIT/ROLLBACK语句。
在事务开启之前，如果客户端与服务器之间出现通讯故障并导致网络断开，其后所有待执行的语句都将不会被服务器执行。然而如果网络中断事件是发生在客户端执行EXEC命令之后，那么该事务中的所有命令都会被服务器执行。
当使用Append-Only模式时，Redis会通过调用系统函数write将该事务内的所有写操作在本次调用中全部写入磁盘。然而如果在写入的过程中出现系统崩溃，如电源故障导致的宕机，那么此时也许只有部分数据被写入到磁盘，而另外一部分数据却已经丢失。Redis服务器会在重新启动时执行一系列必要的一致性检测，一旦发现类似问题，就会立即退出并给出相应的错误提示。此时，我们就要充分利用Redis工具包中提供的redis-check-aof工具，该工具可以帮助我们定位到数据不一致的错误，并将已经写入的部分数据进行回滚。修复之后我们就可以再次重新启动Redis服务器了。

样例

@Test
public void test2Trans() { 
  Jedis jedis = new Jedis("localhost"); 
  long start = System.currentTimeMillis(); 
  Transaction tx = jedis.multi(); 
  for (int i = 0; i < 100000; i++) { 
    tx.set("t" + i, "t" + i); 
  } 
  List<Object> results = tx.exec(); 
  long end = System.currentTimeMillis(); 
  System.out.println("Transaction SET: " + ((end - start)/1000.0) + " seconds"); 
  jedis.disconnect(); 
}

得到事务结果result之后，可以检查当中是否有非OK的返回值，如果存在则说明中间执行错误，可以使用DISCARD来回滚执行结果。

WATCH命令

WATCH为MULTI执行之前的某个Key提供监控(乐观锁)的功能，如果Key的值变化了，就会放弃事务的执行。
当事务EXEC执行完成之后，就会自动UNWATCH。

样例

<?php  
header("content-type:text/html;charset=utf-8");  
$redis = new redis();  
$result = $redis->connect('localhost', 6379);  
$mywatchkey = $redis->get("mywatchkey");  
$rob_total = 100;   //抢购数量  
if($mywatchkey<$rob_total){  
    $redis->watch("mywatchkey");  
    $redis->multi();  
       
    //设置延迟，方便测试效果。  
    sleep(5);  
    //插入抢购数据  
    $redis->hSet("mywatchlist","user_id_".mt_rand(1, 9999),time());  
    $redis->set("mywatchkey",$mywatchkey+1);  
    $rob_result = $redis->exec();  
    if($rob_result){  
        $mywatchlist = $redis->hGetAll("mywatchlist");  
        echo "抢购成功！<br/>";  
        echo "剩余数量：".($rob_total-$mywatchkey-1)."<br/>";  
        echo "用户列表：<pre>";  
        var_dump($mywatchlist);  
    }else{  
        echo "手气不好，再抢购！";exit;  
    }  
}  
?>

在上例是一个秒杀的场景，该部分抢购的功能会被并行执行。
通过已销售数量(mywatchkey)的监控，达到了控制库存，避免超卖的作用。
WATCH是一个乐观锁，有利于减少并发中的冲突, 提高吞吐量。

乐观锁与悲观锁

乐观锁(Optimistic Lock)又叫共享锁(S锁)，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量。

悲观锁(Pessimistic Lock)又叫排他锁(X锁)，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，都是在做操作之前先上锁。

Lua脚本与事务

Lua 以可嵌入，轻量，高效著称，Redis于2.6版本之后，增加了Lua语言解析模块，可以用于一些简单的事务与逻辑运算。

应用原理

客户端将Lua脚本作为命令传给服务端，服务端读取并解析后，执行并返回结果

127.0.0.1:6379> eval 'return redis.call("zrange", "name2", 0 , -1);' 0
1) "1"

Redis启动时会创建一个内建的lua_script哈希表，客户端可以将脚本上传到该表，并得到一个SHA1序列。之后可以通过该序列来调用脚本。(类似存储过程)

redis> SCRIPT LOAD "return 'dlrow olleh'"
"d569c48906b1f4fca0469ba4eee89149b5148092"
 
redis> EVALSHA d569c48906b1f4fca0469ba4eee89149b5148092 0
"dlrow olleh"

约束

Redis会把Lua脚本作为一个整体执行，由于Redis是单线程，因此在脚本执行期间，其他脚本或命令是无法插入执行，这个特性符合事务的原子性。
TIP

1. 表是Lua中的表达式，与很多流行语言不同。KEYS中的第一个元素是KEYS[1]，第二个是KEYS[2]（译注：不是0开始）

2. nil是表的结束符，[1,2,nil,3]将自动变为[1,2]，因此在表中不要使用nil。

3. redis.call会触发Lua中的异常，redis.pcall将自动捕获所有能检测到的错误并以表的形式返回错误内容。

4. Lua数字都将被转换为整数，发给Redis的小数点会丢失，返回前把它们转换成字符串类型。

5. 确保在Lua中使用的所有KEY都在KEY表中，否则在将来的Redis版中你的脚本都有不能被很好支持的危险。

6. 脚本要保持精简，以免阻塞其他客户端操作

一致性

为了保证脚本执行结果的一致性，重复执行同一段脚本，应该得到相同的结果。Redis做了如下约束：

• Lua没有访问系统时间或者其他内部状态的命令。

• Lua脚本在解析阶段，如果发现RANDOMKEY、SRANDMEMBER、TIME这类返回随机性结果的命令，且脚本中有写指令（SET）类，则会返回错误，不允许执行。

• Lua脚本中调用返回无序元素的命令时，如SMEMBERS，Redis会在后台将命令的结果排序后传回脚本

• Lua中的伪随机数生成函数math.random和math.randomseed会被替换为Redis内置的函数来执行，以保证脚本执行时的seed值不变。

样例

private static String getSCRIPT() {
        return "local key = KEYS[1]\n" +
                "local localIp = ARGV[1]\n" +
                "\n" +
                "local gateIp = redis.call(\"HGET\", key, \"gateIp\")\n" +
                "if gateIp == localIp then\n" +
                "    redis.call(\"HSET\", key, \"userStatus\", \"false\")\n" +
                "    return 1\n" +
                "else\n" +
                "    return 0\n" +
                "end";
    }
 
@Test
public void testTrans() { 
  ......
  Jedis jedis = new Jedis("localhost"); 
  result = jedis.evalsha(getSCRIPT, keys, args);
  ......
}