[大数据]Redis进阶-事务

1. 什么是 Redis 的事务

Redis 的事务本质是一组命令的集合，类似于 MySQL 的事务描述。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。

事务执行的过程中，会串行化执行队列中的命令，其他客户端请求不会插入到事务执行命令序列中。

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

2. Redis 事务相关的命令和使用

• 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序列。
• EXEC：
  • 执行事务对应的操作序列。
• DISCARD：
  • 取消事务，放弃执行事务对应的操作序列中的所有任务。
• WATCH：
  • 监视一个或多个 key，如果在事务执行前，这个 key（或者多个 key） 被其它命令修改的化，则事务中断，不会执行事务中的任何命令。
• UNWATCH：
  • 取消 WATCH 对所有 key 的监视。

2.1 Redis 标准的事务执行过程

分别给 k1 和 k2 赋值 v1 和 v2，在事务过程中修改 k1 和 k2 的值为 l1 和 l2，

执行之后查看 k1 和 k2 的值：

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 l1
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 l2
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) OK
127.0.0.1:6379> get k1
"l1"
127.0.0.1:6379> get k2
"l2"

2.2 Redis 事务的取消

127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 l3
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 l4
QUEUED
127.0.0.1:6379> DISCARD
OK

2.3 Redis 事务出现错误的处理

一共有两种错误，分别是：

1. 语法错误（编译期错误）
2. Redis 类型错误（运行时错误）

2.3.1 语法错误

在我们开启事务之后，我们修改 k1 的值为 l1， k2 值为 l2，但是故意让操作 k2 的语法错误，最终导致事务提交失败，并且 k1 虽然事务过程中改变了值，但是也会回到原来的值。

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 l1
QUEUED
127.0.0.1:6379> sets k2 l2
(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"

2.3.2 类型错误

在我们开启事务之后，我们仍旧使用上面的案例，但是这次是用了不同数据类型的修改指令，会报错，然后事务依旧会是之前的状态。

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 l1
QUEUED
127.0.0.1:6379> rpush k2 l2
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"

2.4 CAS 实现乐观锁

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

**CAS？乐观锁？**这俩东西一般都是绑定出现的，那么在 Redis 中是怎么一回事呢？

我们使用官方的例子来解释：

被 WATCH 的 key（一个或一组）会被监视，并发可以发觉 key 是否被改动过了。如果有至少一个被键是的键在 EXEC 执行之前被修改，那么整个事务都会被取消，EXEC 命令通过返回 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（自增） 不存在）。

首先我们这样做：

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

这个做法在单个客户端的时候其实没什么问题，但是如果存在并发环境下，多个客户端同时并发对一个键进行这样的操作的化，可能就会产生竞争。

比如 A 客户端 和 B 客户端 都读取到了 mykey 原来的值，例如 1，此时 mykey 会被两个客户端都修改为 2，但是正确的情况应该是他俩操作后 mykey 的值变为 3，出现了类似 MySQL 数据库更新丢失的情况。

所有有了 WATCH 之后，我们就可以轻松的解决这类问题了：

WATCH mykey
val = GET mykey
val = val + 1
MULTI
SET mykey $val
EXEC

使用 WATCH 来监视 mykey ，如果在 WATCH 执行之后，EXEC 执行之前，有其它客户端修改了 mykey 的值，那么当前客户端的事务就会失败。程序此时需要做的就是不断重试去检查这个操作，直到没有发生碰撞为止。

这种锁被称为乐观锁，它是一种机制，十分强大。因为绝大多数情况下，不同的客户端会访问不同的键，碰撞的情况一般都很少，所以通常不需要进行重试，也就是说并发环境下，发生并行的可能性还是很小的。

2.4.1 WATCH 是如何实现监视的呢？

既然 Redis 使用 WATCH 命令来决定事务是否继续执行还是回滚，那么就需要在 MULTI 之前使用 WATCH 来监控某些键值对，如何使用 MULTI 命令来开启事务，执行对数据结构操作的各种命令，此时这些命令进入队列。

当使用 EXEC 命令执行事务的时候，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，执行完毕提交事务；
• 如果发生改变，将不会执行事务中的任何命令，同时事务回滚。

无论事务是否回滚了，Redis 都会取消执行事务前的 WATCH 命令。

也就是，WATCH 命令会在执行是多加判断逻辑，判断键值版本是否变动了。

2.4.2 WATCH 命令实现监视示例

下列示例的过程就是，k1 和 k2 的值分别对应 v1 v2 我们 WATCH 此时的 k1，在事务开始之前修改**k1** 的值为 l1 ，然后将事务放入队列（MULTI）并执行 EXEC ，执行完毕之后我们重写获取 k1 和 k2 的值发现事务执行失败了。

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 l1
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 l2
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 l3
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
(nil)
127.0.0.1:6379> get k1
"l1"
127.0.0.1:6379> get k2
"v2"

2.4.3 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 l1
OK
127.0.0.1:6379> UNWATCH
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 l2
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 l3
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) OK
2) OK
127.0.0.1:6379> get k1
"l2"
127.0.0.1:6379> get k2
"l3"

3. Redis 事务执行步骤

通过我们上面的种种解释，我们不难发现 Redis 事务执行就三个阶段：

1. 开启：以 MULIT 命令开始一个事务；
2. 入队：将事务的多个命令放入事务等待队列，所以这些命令并不会立即就执行；
3. 执行：EXEC 命令触发事务执行

当一个客户端切换到事务状态后，Redis 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|MULTI|WATCH 四个中的其中一个，那么服务器立即执行这个命令。
• 如果客户端发送的命令不是这几个命令中的其中一个，那么服务器并不会去立即执行，而是将这个命令放入一个事务队列中，然后向客户端返回 QUEUED 回复。

4. 为什么 Redis 不支持回滚？

我们之前使用关系型数据库，如 MySQL 之类的数据库，那么固有对事务的印象就是失败会回滚，但是 Redis 中为什么==不支持回滚==？

以下是这种做法的优点：

1. Redis 的命会因为语法错误或者类型错误而失败，但是这些命令的问题并不能在入队时发现，也就是说，从实用性的角度来看，失败的命令是由编程出错误造成的，而这些错误应该在开发过程中被发现，而不是出现在生产环境中。
2. 因为不需要支持回滚，所以 Redis 的内部可以保持简单并且快速。

但是又有一种观点认为 Redis 处理事务的做法会产生 bug，但是，我们注意上面我们说的话，可以理解为一个规范，这些失败的命令都不能出现在生产环境中，而且回滚并不能解决编程错误带来的问题。

就比如你本来想通过 IN~CR 命令把键的值都加上一，却不小心加上了2，或者对错误的类型执行了 INCR 方法，回滚是没办法处理这些情况的。

5. 如何理解 Redis 中事务的 ACID？

一般来说，事务都具有 ACID 四个性质，我们来梳理一下 Redis 中的 ACID：

• 原子性（atomicity）；

  • 我们之前也说过 Redis 是不支持传统的回滚的，但是官方文档认为时遵从原子性的：Redis 的事务是原子性的，所有命令要么执行，要么并不执行，而不是完全成功。

• 一致性（consistency）：

  • Redis 事务可以保证命令执行失败就回滚（不是传统回滚的意思），数据能恢复到事务执行前的样子，保证了原子性，除非 Redis 意外终结进程。

• 隔离性（isolation）：

  • Redis 事务时严格遵守隔离性的， 原因是 6.0 版本之前，Redis 是单进程单线程模式，可以保证命令执行过程中不会被其它客户端命令打断，但是 Redis 不像其它结构化数据库有隔离级别的设计。

• 持久性（durability）：

  • Redis 事务是不保证持久性的，所以它的一致性，理论上来说也不是标准的一致性，因为 Redis 持久化策略中不管是 RDB 还是 AOF 都是异步执行，不保证持久性是处于性能考虑。

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