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Redis事务

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技术探索 Redis
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Redis事务的概念 #

Redis的事务并不是我们传统意义上理解的事务，我们都知道 单个 Redis 命令的执行是原子性的，但 Redis 没有在事务上增加任何维持原子性的机制，所以 Redis 事务的执行并不是原子性的。

事务可以理解为一个打包的批量执行脚本，但批量指令并非原子化的操作，中间某条指令的失败不会导致前面已做指令的回滚，也不会造成后续的指令不做。

Redis单条命令保证原子性，但是事务不保证原子性（没有原子性可言）。

Redis事务本质：一组命令的集合,一个事务中的所有命令都会被序列化，在事务执行过程中，会按照顺序执行。一次性，顺序性，排他性！执行一系列的命令。

Redis事务没有隔离级别的概念（没有隔离性可言）所有的命令在事务中，并没有被直接被执行，只有发起执行命令的时候才会被执行！

总结：

  1. Redis事务中如果有某一条命令执行失败，之前的命令不会回滚，其后的命令仍然会被继续执行。鉴于这个原因，所以说Redis的事务严格意义上来说是不具备原子性的。
  2. Redis事务中所有命令都会序列化、按顺序地执行。事务在执行的过程中，不会被其他客户端发送来的命令请求所打断。
  3. 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。

Redis事务的三个阶段 #

  1. multi 开启事务
  2. 大量指令入队
  3. exec执行事务块内命令，截止此处一个事务已经结束。
  4. discard 取消事务
  5. watch 监视一个或多个key，如果事务执行前key被改动，事务将打断。unwatch 取消监视。

事务执行过程中，如果服务端收到有EXEC、DISCARD、WATCH、MULTI之外的请求，将会把请求放入队列中排队.

Redis事务支持隔离性 #

Redis 是单进程程序，并且它保证在执行事务时，不会对事务进行中断，事务可以运行直到执行完所有事务队列中的命令为止。因此，Redis 的事务是总是带有隔离性的。

Redis不支持事务回滚 #

  • Redis 命令只会因为错误的语法而失败，或是命令用在了错误类型的键上面，这些问题不能在入队时发现，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。

Redis事务的执行 #

Redis事务功能是通过MULTI、EXEC、DISCARD和WATCH 四个原语实现的

  • WATCH 命令是一个乐观锁，可以为 Redis 事务提供 check-and-set （CAS）行为。 可以监控一个或多个键，一旦其中有一个键被修改（或删除），之后的事务就不会执行，监控一直持续到EXEC命令。
  • MULTI命令用于开启一个事务，它总是返回OK。 MULTI执行之后，客户端可以继续向服务器发送任意多条命令，这些命令不会立即被执行，而是被放到一个队列中，当EXEC命令被调用时，所有队列中的命令才会被执行。
  • EXEC：执行所有事务块内的命令。返回事务块内所有命令的返回值，按命令执行的先后顺序排列。 当操作被打断时，返回空值 nil 。 通过调用DISCARD，客户端可以清空事务队列，并放弃执行事务， 并且客户端会从事务状态中退出。
  • UNWATCH命令可以取消watch对所有key的监控。
命令描述
Redis Exec 命令执行所有事务块内的命令。
Redis Watch 命令监视一个(或多个) key ，如果在事务执行之前这个(或这些) key 被其他命令所改动，那么事务将被打断。
Redis Discard 命令取消事务，放弃执行事务块内的所有命令。
Redis Unwatch 命令取消 WATCH 命令对所有 key 的监视。
Redis Multi 命令标记一个事务块的开始。

正常执行事务

127.0.0.1:6379> multi   # 开启事务
OK
127.0.0.1:6379> set k1 v1
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 v2
QUEUED
127.0.0.1:6379> get k2
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k3 v3
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec  # 执行事务
1) OK
2) OK
3) "v2"
4) OK

放弃事务

127.0.0.1:6379> multi     # 开启事务
OK
127.0.0.1:6379> set k1 v1 
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 v2
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k4 v4
QUEUED
127.0.0.1:6379> discard   # 放弃事务  
OK
127.0.0.1:6379> get k4  # 事务中的命令都不会被执行
(nil)

编译型异常（代码有问题，命令有错 ），事务中所有的命令都不会执行

127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> set k1 v2 
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 v2
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k3 v3
QUEUED
127.0.0.1:6379> getset k3     # 错误的命令
(error) ERR wrong number of arguments for 'getset' command
127.0.0.1:6379> set k4 v4
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k5 v5
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec  # 执行事务报错
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
127.0.0.1:6379> get k5  # 所有的命令都不会被执行
(nil)

运行时异常（1/0），如果事务队列中存在语法性错误，那么执行命令的时候，其他命令是可以正常执行的，错误命令抛出异常（没有一致性可言）

127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> set k1 "v1"
QUEUED
127.0.0.1:6379> incr k1
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 v2
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k3 v3
QUEUED
127.0.0.1:6379> get k3
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) OK
2) (error) ERR value is not an integer or out of range  # 虽然这条命令报错，但是依旧执行成功
3) OK
4) OK
5) "v3"

watch(监测)的使用 #

Redis使用watch可以实现乐观锁，事务执行完成之后会自动 unwatch。使用watch可以监控某个变量（获取该变量的版本号），当一个线程在操作事务但还未提交时，另一个线程修改了该变量，事务就会根据watch监测到变量的版本号发生了改变，因此就会执行失败。

悲观锁：

  • 很悲观，认为什么时候都会出问题，无论做什么都会加锁

乐观锁：

  • 很乐观，认为什么时候都不会出现问题，所以不会加锁！但是还是有一些机制来保证数据安全性的。更新数据的时候去判断一下，在此期间是否有人修改过这个数据。
  • 获取version
  • 更新的时候比较version

正常执行成功

watch key # 监视值
unwatch # 放弃监视
exec  # 执行事务
multi  # 开启事务
127.0.0.1:6379> set money 100
OK
127.0.0.1:6379> set out 0
OK
127.0.0.1:6379> watch money   # 监视money对象
OK
127.0.0.1:6379> multi       # 事务正常结束，数据期间没有发生变动，这个时候就正常执行成功
OK
127.0.0.1:6379> decrby money 20
QUEUED
127.0.0.1:6379> incrby out 20
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) (integer) 80
2) (integer) 20

执行失败，使用watch可以当Redis的乐观锁操作。如果修改失败，获取最新的值就好

# 主线程
127.0.0.1:6379> watch money
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> decrby money 10
QUEUED
127.0.0.1:6379> incrby out 10
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec  # 执行之前，另外一个线程修改了值，就会导致执行失败
(nil)
# 线程2
127.0.0.1:6379> get money
"80"
127.0.0.1:6379> set money 1000
OK

解决方法：先解锁，拿到最新的版本号再去执行事务。

image-20220304171431711.png

Redis事务的其他实现 #

  • 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。
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