Redis进阶 - 事务:Redis事务详解

Redis 事务的本质是一组命令的集合。事务支持一次执行多个命令,一个事务中所有命令都会被序列化。在事务执行过程,会按照顺序串行化执行队列中的命令,其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。@pdai

什么是Redis事务

Redis 事务的本质是一组命令的集合。事务支持一次执行多个命令,一个事务中所有命令都会被序列化。在事务执行过程,会按照顺序串行化执行队列中的命令,其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。

总结说:redis事务就是一次性、顺序性、排他性的执行一个队列中的一系列命令。

Redis事务相关命令和使用

MULTI 、 EXEC 、 DISCARD 和 WATCH 是 Redis 事务相关的命令。

  • MULTI :开启事务,redis会将后续的命令逐个放入队列中,然后使用EXEC命令来原子化执行这个命令系列。
  • EXEC:执行事务中的所有操作命令。
  • DISCARD:取消事务,放弃执行事务块中的所有命令。
  • WATCH:监视一个或多个key,如果事务在执行前,这个key(或多个key)被其他命令修改,则事务被中断,不会执行事务中的任何命令。
  • UNWATCH:取消WATCH对所有key的监视。

标准的事务执行

给k1、k2分别赋值,在事务中修改k1、k2,执行事务后,查看k1、k2值都被修改。

127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k2 v2
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 22
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) OK
127.0.0.1:6379> get k1
"11"
127.0.0.1:6379> get k2
"22"
127.0.0.1:6379>
1
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事务取消

127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 33
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 34
QUEUED
127.0.0.1:6379> DISCARD
OK
1
2
3
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5
6
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8

事务出现错误的处理

  • 语法错误(编译器错误)

在开启事务后,修改k1值为11,k2值为22,但k2语法错误,最终导致事务提交失败,k1、k2保留原值。

127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k2 v2
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> sets k2 22
(error) ERR unknown command `sets`, with args beginning with: `k2`, `22`, 
127.0.0.1:6379> exec
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
127.0.0.1:6379> get k1
"v1"
127.0.0.1:6379> get k2
"v2"
127.0.0.1:6379>
1
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  • Redis类型错误(运行时错误)

在开启事务后,修改k1值为11,k2值为22,但将k2的类型作为List,在运行时检测类型错误,最终导致事务提交失败,此时事务并没有回滚,而是跳过错误命令继续执行, 结果k1值改变、k2保留原值

127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k1 v2
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> lpush k2 22
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
127.0.0.1:6379> get k1
"11"
127.0.0.1:6379> get k2
"v2"
127.0.0.1:6379>
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CAS操作实现乐观锁

WATCH 命令可以为 Redis 事务提供 check-and-set (CAS)行为。

  • CAS? 乐观锁?Redis官方的例子帮你理解

被 WATCH 的键会被监视,并会发觉这些键是否被改动过了。 如果有至少一个被监视的键在 EXEC 执行之前被修改了, 那么整个事务都会被取消, EXEC 返回nil-reply来表示事务已经失败。

举个例子, 假设我们需要原子性地为某个值进行增 1 操作(假设 INCR 不存在)。

首先我们可能会这样做:

val = GET mykey
val = val + 1
SET mykey $val
1
2
3

上面的这个实现在只有一个客户端的时候可以执行得很好。 但是, 当多个客户端同时对同一个键进行这样的操作时, 就会产生竞争条件。举个例子, 如果客户端 A 和 B 都读取了键原来的值, 比如 10 , 那么两个客户端都会将键的值设为 11 , 但正确的结果应该是 12 才对。

有了 WATCH ,我们就可以轻松地解决这类问题了:

WATCH mykey
val = GET mykey
val = val + 1
MULTI
SET mykey $val
EXEC
1
2
3
4
5
6

使用上面的代码, 如果在 WATCH 执行之后, EXEC 执行之前, 有其他客户端修改了 mykey 的值, 那么当前客户端的事务就会失败。 程序需要做的, 就是不断重试这个操作, 直到没有发生碰撞为止。

这种形式的锁被称作乐观锁, 它是一种非常强大的锁机制。 并且因为大多数情况下, 不同的客户端会访问不同的键, 碰撞的情况一般都很少, 所以通常并不需要进行重试。

  • watch是如何监视实现的呢

Redis使用WATCH命令来决定事务是继续执行还是回滚,那就需要在MULTI之前使用WATCH来监控某些键值对,然后使用MULTI命令来开启事务,执行对数据结构操作的各种命令,此时这些命令入队列。

当使用EXEC执行事务时,首先会比对WATCH所监控的键值对,如果没发生改变,它会执行事务队列中的命令,提交事务;如果发生变化,将不会执行事务中的任何命令,同时事务回滚。当然无论是否回滚,Redis都会取消执行事务前的WATCH命令。

  • watch 命令实现监视

在事务开始前用WATCH监控k1,之后修改k1为11,说明事务开始前k1值被改变,MULTI开始事务,修改k1值为12,k2为22,执行EXEC,发回nil,说明事务回滚;查看下k1、k2的值都没有被事务中的命令所改变。

127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k2 v2
OK
127.0.0.1:6379> WATCH k1
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 12
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 22
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
(nil)
127.0.0.1:6379> get k1
"11"
127.0.0.1:6379> get k2
"v2"
127.0.0.1:6379>
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  • UNWATCH取消监视
127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k2 v2
OK
127.0.0.1:6379> WATCH k1
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
OK
127.0.0.1:6379> UNWATCH
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 12
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 22
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) OK
2) OK
127.0.0.1:6379> get k1
"12"
127.0.0.1:6379> get k2
"22"
127.0.0.1:6379>
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Redis事务执行步骤

通过上文命令执行,很显然Redis事务执行是三个阶段:

  • 开启:以MULTI开始一个事务

  • 入队:将多个命令入队到事务中,接到这些命令并不会立即执行,而是放到等待执行的事务队列里面

  • 执行:由EXEC命令触发事务

当一个客户端切换到事务状态之后, 服务器会根据这个客户端发来的不同命令执行不同的操作:

  • 如果客户端发送的命令为 EXEC 、 DISCARD 、 WATCH 、 MULTI 四个命令的其中一个, 那么服务器立即执行这个命令。
  • 与此相反, 如果客户端发送的命令是 EXEC 、 DISCARD 、 WATCH 、 MULTI 四个命令以外的其他命令, 那么服务器并不立即执行这个命令, 而是将这个命令放入一个事务队列里面, 然后向客户端返回 QUEUED 回复。

更深入的理解

我们再通过几个问题来深入理解Redis事务。

为什么 Redis 不支持回滚?

如果你有使用关系式数据库的经验, 那么 “Redis 在事务失败时不进行回滚,而是继续执行余下的命令”这种做法可能会让你觉得有点奇怪。

以下是这种做法的优点:

  • Redis 命令只会因为错误的语法而失败(并且这些问题不能在入队时发现),或是命令用在了错误类型的键上面:这也就是说,从实用性的角度来说,失败的命令是由编程错误造成的,而这些错误应该在开发的过程中被发现,而不应该出现在生产环境中。
  • 因为不需要对回滚进行支持,所以 Redis 的内部可以保持简单且快速。

有种观点认为 Redis 处理事务的做法会产生 bug , 然而需要注意的是, 在通常情况下, 回滚并不能解决编程错误带来的问题。 举个例子, 如果你本来想通过 INCR 命令将键的值加上 1 , 却不小心加上了 2 , 又或者对错误类型的键执行了 INCR , 回滚是没有办法处理这些情况的。

如何理解Redis与事务的ACID?

一般来说,事务有四个性质称为ACID,分别是原子性,一致性,隔离性和持久性。这是基础,但是很多文章对Redis 是否支持ACID有一些异议,我觉的有必要梳理下:

  • 原子性atomicity

首先通过上文知道 运行期的错误是不会回滚的,很多文章由此说Redis事务违背原子性的;而官方文档认为是遵从原子性的。

Redis官方文档给的理解是,Redis的事务是原子性的:所有的命令,要么全部执行,要么全部不执行。而不是完全成功。

  • 一致性consistency

redis事务可以保证命令失败的情况下得以回滚,数据能恢复到没有执行之前的样子,是保证一致性的,除非redis进程意外终结。

  • 隔离性Isolation

redis事务是严格遵守隔离性的,原因是redis是单进程单线程模式(v6.0之前),可以保证命令执行过程中不会被其他客户端命令打断。

但是,Redis不像其它结构化数据库有隔离级别这种设计。

  • 持久性Durability

redis事务是不保证持久性的,这是因为redis持久化策略中不管是RDB还是AOF都是异步执行的,不保证持久性是出于对性能的考虑。

Redis事务其它实现

  • 基于Lua脚本,Redis可以保证脚本内的命令一次性、按顺序地执行,其同时也不提供事务运行错误的回滚,执行过程中如果部分命令运行错误,剩下的命令还是会继续运行完

  • 基于中间标记变量,通过另外的标记变量来标识事务是否执行完成,读取数据时先读取该标记变量判断是否事务执行完成。但这样会需要额外写代码实现,比较繁琐

参考文章

本文主要参考了

此外还参考了

  • https://www.runoob.com/redis/redis-transactions.html
  • https://zhuanlan.zhihu.com/p/101902825

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