redis事务学习

傷城~ 2022-12-20 11:29 186阅读 0赞

> Redis通过MULTI、EXEC、WATCH等命令来实现事务功能。事务提供了一种将多个命令请求打包，然后一次性、按顺序的执行多个命令的机制，并且在事务执行期间，服务器不会中断事务而改去执行其他客户端的命令请求，它会将事务中的所有命令都执行完毕，然后才会处理其他客户端的命令请求。

# 事务的实现（`multi`开始，`exec`结束） #

以下为一个事务执行的工程，该事务首先以一个MULTI命令开始，接着将多个命令放入事务中，最后有Exec命令将这个事务提交给服务器执行

127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379> set "name" "Practical Common Lisp"
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> get "name"
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> set "author" "Peter Seibel"
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> get "author"
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> exec
    1) OK
    2) "Practical Common Lisp"
    3) OK
    4) "Peter Seibel"

## 事务开始 ##

*  **multi命令的执行标志事务的开始**

127.0.0.1:6379> multi
    OK

*  **multi可以将执行该命令的客户端从非事务状态切换到事务状态**， 这一切换是通过在客户端状态的`flags`属性中打开`REDIS_MULTI` 标志完成的，`MULTI`命令的实现可以用以下伪代码来表示  
    ![在这里插入图片描述][20201112110427853.png_pic_center]

## 命令入队 ##

*  当一个客户端处于非事务状态时，这个客户端发送的命令会立刻被服务器执行
 *  当一个客户端处于事务状态时：
    
     *  如果客户端发送的命令是exec、discard、watch、multi，服务器会立刻执行命令
     *  如果客户端发送的命令不是exec、discard、watch、multi，服务器会将命令放入事务队列中，然后向客户端返回queued回复

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 执行事务 ##

当一个处于事务状态的客户端向服务端发送exec命令时，这个exec命令将立即被服务器执行。  
服务器会遍历这个客户端的事务队列，执行队列中保存的所有命令，最后将执行命令所得的结果  
全部返回给客户端  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 番外：事务队列 ##

每个Redis客户端都有自己的事务状态，这个事务状态保存在客户端状态的mstate属性里面

typedef struct redisClient{
        
    	// ...
    	multiState mstate // 事务状态： MULTI/EXEC state 
    }

事务状态包含一个事务队列，以及一个已入队命令的计数器（也就是事务队列的长度）

typedef struct multiState{
        
    	multiCmd *commands; // 事务队列，FIFO顺序
    	int  count;  // 已入队命令计数
    }

事务队列是一个multiCmd类型的数组，数组中每个multiCmd结果都保存了一个已入队命令的相关信息，包括指向命令的实现函数的指针、命令的参数，以及参数的数量

typedef truct multiCmd{
        
    	robj  **argv;  // 参数
    	int   argc;    // 参数数量
    	struct redisCommand *cmd;  //命令指针
    }

事务队列以先进先出FIFO的方式入队的命令，先入队的命令会被放到数组的前面，后入对的命令会被放到数组的后面  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

# watch #

> watch命令是一个乐观锁，它可以在exec命令执行之前，监视任意数量的数据库键，并在exec命令执行时，检查被监视的键是否至少有一个已经被修改过了，如果是的话，服务器将拒绝执行事务，并向客户端返回代表事务执行失败的空回复。

终端A

127.0.0.1:6379> watch "name"
    OK
    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379> set "name" "peter"
    QUEUED

终端B

127.0.0.1:6379> set "name" "join"
    OK

终端A

127.0.0.1:6379> exec
    (nil)

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
在时间T4，客户端B修改了“name”键的值，当客户端A在T5执行EXEC命令的时候，服务器会发现WATCH监视的"name"已经被修改，因此服务器拒绝执行客户端A的事务，并向客户端A返回nil

> 悲观锁： 当要对数据库中的一条数据进行修改的时候，为了避免同时被其他人修改，最好的办法就是直接对该数据进行加锁以防止并发。这种借助数据库锁机制，在修改数据之前先锁定，再修改的方式被称之为悲观并发控制

> 乐观锁： 在提交结果的时候发现自己修改失败了，会通知执行这个修改的客户端，不会阻止其他数据进行修改

## 使用watch命令监视数据库键 ##

每个redis数据库都保存着一个watched\_keys字典，  
这个字典的键是某个被`WATCH`命令监视的数据库键，而字典的值则是一个链表，链表中记录了所有监视相应数据库键的客户端端。

tyedef struct redisDb{
        
    	//---
    	dict *watched_keys; //正在被WATCH命令监视的键
    }

通过执行`watch`命令，客户端可以在`watched_keys`字典中与被监视的键进行关联。

如图： 从watched\_key字典可以看出：

*  客户端c1和c2正在监视键“name’”
 *  客户端c3正在监视键“age”
 *  客户端c2和c4正在监视键"address"  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
    如图：当前客户端c10086执行`WATCH "name" "age"`之后，字典更新

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]

## 监视机制的触发 ##

所有对数据库进行修改的命令，在执行之后都会调用`multi,c/touchWatchKey`函数对`watched_keys`字典进行检查，查看是否有客户端正在监视刚刚被命令修改过的数据库键，如果有的话，那么`touchWatchKey`函数会将监视被修改键的客户端的`REDIS_DIRTY_CAS`标记打开，表示该客户端的事务安全性已经被破坏  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

## 判断事务是否安全 ##

当服务器收到一个客户端发来的`EXEC`命令时，服务器会根据这个客户端是否打开了`REDIS_DIRTTY_CAS`标识来决定是否执行事务  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]

# 事务的ACID性质 #

## 原子性 ##

所谓原子性，就是服务器要么执行事务中的所有操作，要么一个操作也不执行

redis的事务满足原子性。

成功的事务：

127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379> set msg "hello"
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> get msg
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> exec
    1) OK
    2) "hello"

失败的事务：某个事务因为命令入队出错而被服务器拒绝执行，因此整个事务都不执行了

127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379> set msg "hello"
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> get
    (error) ERR wrong number of arguments for 'get' command
    127.0.0.1:6379> get msg
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> exec
    (error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.

**Redis事务和其他关系型数据库最大的区别是：Redis不支持事务回滚机制，即使某个命令出错，整个事务也会继续执行下去（一个失败，接下来全部失败，而且之前的设置也失败），直到事务结束**

127.0.0.1:6379> get msg
    (nil)
    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379> set msg "hello"
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> ;
    (error) ERR unknown command `;`, with args beginning with: 
    127.0.0.1:6379> get msg
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> set msg "world"
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> get msg
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> exec
    (error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
    127.0.0.1:6379> get msg
    (nil)

## 一致性 ##

### 入队错误 ###

如果一个事务在入队命令的过程中，出现了**命令不存在，或者命令的格式不正确**等，那么redis将拒绝执行这个事务

127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379> set msg 'okkkk'
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> qqqqq
    (error) ERR unknown command `qqqqq`, with args beginning with: 
    127.0.0.1:6379> exec 
    (error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.  #服务器拒绝执行这个错误

### 执行错误 ###

*  执行过程中发生的错误都是一些不能在入队时发现的错误，这些错误只会在命令实际执行时被触发
 *  即使事务执行过程中出错，事务也会继续执行其他命令，只是整个事务会失败而已

127.0.0.1:6379> set msg 'ok'
    OK
    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379> rpush msg 'good' 'bad'
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> exec
    1) (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
    127.0.0.1:6379> get msg
    "ok"

### 服务器停止 ###

如果redis服务器在执行事务的过程中停机，那么根据服务器所使用的持久化模式，可能有以下情况出现：

*  如果服务器允许在无持久化内存模式下，那么重启之后的数据库将是空白的，因此数据总是一致的
 *  如果服务器运行在RDB模式下，那么在事务中途停机不会导致不一致性，因为服务器可以根据现有的RDB文件来恢复数据，从而将数据库还原到一致状态。如果服务器找不到可供使用的RDB文件，那么重启数据库是空白的，空白数据库总是一致的
 *  如果服务器运行在AOF模式下，那么在事务中途停机不会导致不一致性，因为服务器可以根据现有的AOF文件来恢复数据，从而将数据库还原到一致状态。如果服务器找不到可供使用的AOF文件，那么重启数据库是空白的，空白数据库总是一致的

## 隔离性 ##

事务的隔离性指的是，即使数据库有多个事务并发的执行，各个事务之间也不会相互影响，并且在并发状态下执行的事务和串行执行的事务产生的结果完全相同

因为redis使用单线程的方式来执行事物，并且服务器保证在执行事务期间不会对事务进行中断。因此，Redis的事务总是以串行的方式运行的，事务具有隔离性

## 耐久性 ##

事务的耐久性指的是：当一个事务执行完毕时，执行这个事务所得的结果已经被保存到永久性存储介质（比如硬盘）里面了，即使服务器在事务执行完毕之后停机，执行事务所得的结果也不会丢失

Redis事务的耐久性由Redis所使用的持久性决定：

*  如果服务器在无持久性的内存模式下运行，无耐久性
 *  如果服务器在RDB持久化模式下运行时，服务器只有在特定的保存条件被满足时，才会执行`BGSAVE`命令，对数据库进行保存操作，并且异步执行`BGSAVE`不能保证事务数据被第一时间保存在硬盘里面，因此RDB模式下的事务也不具有耐久性
 *

[20201112110427853.png_pic_center]: /images/20221120/f2d12454fbb14d508a58afeb3f27d6b3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221120/43ea064c965c462b81c13290542d18a9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221120/82e53486a51e4d9097e596e764b0e35a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221120/9c23784a0970460fa52e8395e39abc7a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221120/288e23c2a0bd425d84d51c593cdfba79.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]: /images/20221120/09e21b95368140b1bb7279178ee261be.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]: /images/20221120/e1e90690c0574493b9b230f1bd33c58d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]: /images/20221120/bfd56dc6204b4597bf67679857628a57.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]: /images/20221120/e5787c010a72438580c896160444ba9b.png