如何应对Redis并发访问带来的问题

本是古典何须时尚 2023-09-26 17:03 5阅读 0赞

### 前言 ###

我们在使用Redis的过程中，难免会遇到并发访问及数据更新的问题。但很多场景对数据的并发修改是很敏感的，比如库存数据如果没有做好并发读取和更新的版本控制，就会导致严重的业务问题。今天就来说说应该如何做好并发访问及数据更新问题。

### 什么场景需要控制并发访问 ###

需要控制并发访问，说明这些并发的访问可能会对其他的访问造成影响。比如上面提到的库存问题，若同一时期有多个客户端访问商品A的库存数据，并且可能要更更新库存数据，这时候就需要对并发访问进行控制了。

说到底，**并发访问需要控制的就是对数据的更新动作。** 一般来说，客户端要进行数据更新时可分为2个步骤：

1.  客户端读取Redis数据到本地。
2.  确认数据后，修改Redis的数据。

单个访问来看，这个过程并没什么问题。但是并发多了，一分为二的过程就会造成数据错误的问题。这里还是用库存的例子来说：

![format_png][]

*  时间a:：客户端1读取到库存=10，我们需要对库存+1=11的操作。
 *  时间b：客户端2读取到的库存也是10，这次要对库存-1=9的操作。
 *  时间c：客户端1将+1后的值11写回到Redis中。
 *  时间d：客户端2将-1后的值9写回到Redis中。

这样下来，很明显能发现库存数据错了。10+1-1 = 10，正确库存是10，而上述场景最后为9。

由此可见，这个一分为二的操作不具有原子性，从而产生了错误的结果。类型这种场景很多，因此我们需要对这些并发访问的场景加以控制。

### 并发访问的控制方法 ###

Redis并发访问的控制，总的来说有2种方式。分别是**加入锁机制**和**让一系列操作原子化**。

#### 一、加入锁机制 ####

首先第一点，**加入锁机制**是很常见的解决方案。简单来说就是一个客户端访问数据之前，先要获取锁，等数据操作完之后再解锁。而在这个客户端拥有锁的过程中，其他客户端如果也想访问修改该数据，必须得等锁释放了之后，获取到了锁才行。

加锁这个方案是可以解决并发访问的数据准确问题，但放在redis这个场景中并不是很好。首先，**Redis作为缓存本身并发访问就很多，频繁的加锁解锁，会大大降低redis的访问性能；然后，Redis的客户端在要加锁时，需要用到分布式锁。我们又得用额外的精力去维护这个分布式锁。**

#### 二、操作原子化 ####

操作原子化，也就是让要执行的一系列动作都保持原子性操作。它的优点就是不需要加入额外的锁机制。并发的数据准确性达到了，对Redis的性能也不会有太大的影响。

Redis要实现原子操作，总结有2种方式：

*  **单命令操作**：也就是Redis中的INCR、HINCRBY等命令，直接将简单的加减操作合成一个命令执行；
 *  **Lua脚本**：借助Lua脚本，让多个操作在Lua脚本上实现原子性操作。

1.单命令操作

首先，单命令操作，将数值的加减直接用Redis命令来执行。像string的加减可用**INCR、DECR**操作，hash列表field的加减可用HINCRBY操作。

比如下面截图，两个客户端在不同时刻读取的linux\_pids a值为4，各自+1、-1后a值为4。结果是正确的。

![format_png 1][]

由此可见，用Redis的**INCR、DECR**等命令可以解决数值简单增减的并发场景。但如果我们对数据的更新不仅仅是简单的加减操作时，Redis的这些命令就无能为力了。此时我们可以考虑另一种方案：Lua脚本。

2.Lua脚本

Lua语言是由C写的，因此支持多平台和系统。从Redis2.6开始，Redis就内置了Lua解释器，我们能直接用Redis客户端来执行lua脚本。

我们可以将需要执行的一系列操作用Lua脚本写好，然后用Redis执行它。Lua脚本的方法能保证原子性操作的原因是：Redis会将Lua脚本一次性执行，也就是说**执行Lua脚本是0-1的操作**，要么成功，要么失败。可以理解成MySQL的事务特性。

Redis使用lua脚本有2种方式：

*  客户端中使用：用到script load脚本内容、evalsha等命令执行
 *  直接执行lua脚本。

我们一般用第二种方式来执行。

1.  客户端使用方法：

先用`script load`加载脚本命令，再用`evalsha`执行加载得到的sha1值。

127.0.0.1:6379> script load "return 'hello'"
    "1b936e3fe509bcbc9cd0664897bbe8fd0cac101b"
    127.0.0.1:6379> evalsha "1b936e3fe509bcbc9cd0664897bbe8fd0cac101b" 0
    "hello"
    复制代码

1.  再来看看Redis使用Lua脚本的语法：

redis-cli --eval {lua_path} KEYS[1] KEYS[2]... , ARGV[1] ARGV[2]...
    
    --eval：  		执行lua脚本的命令
    {lua_path}： 		lua脚本的路径
    KEYS[1] KEYS[2]：       lua脚本中要操作的redis键，我们可以在lua脚本中用KEYS[1]，KEYS[2]，KEYS[3]指定多个
    ARGV[1] ARGV[2]：	传入到lua脚本的参数，在脚本中用ARGV[1]，ARGV[2]...来获取。
    复制代码

Redis使用lua脚本的场景很多，最经典的案例当属**利用lua来控制某个IP的访问频率**了。比如说需要防止恶意访问网站的行为，我们规定1分钟内访问次数不能超过30次，实现的方法有很多，比如说**漏桶方案、令牌桶方案，但使用最多的还是Redis+lua的分布式限流方案。**

我们用lua脚本(test\_lua.script)来简单实现一下上述功能，就是1分钟内若访问次数超过30，直接拦截，否则访问次数+1：

-- 限流的key
    local limit_key = KEYS[1]
    -- 限流次数
    local limit_nums = 30
    -- 当前访问次数
    local current_num = tonumber(redis.call('get', limit_key) or 0)
    -- 超出限流次数
    if current_num + 1 > limit_num
    	then
        return '超出访问次数'
    -- 没有超出限流数，访问次数+1
    else
      redis.call("INCRBY", limit_key, "1")
      -- 第一次访问，设置过期时间
      if current_num == 0 then
        redis.call("expire", limit_key, "60")
      return current + 1
    end
    复制代码

用Redis执行，命令如下：

redis-cli --eval test_lua.script limit_key
    复制代码

### 小结 ###

本文介绍了Redis并发访问的控制问题，以及如何保证并发操作的原子化。原子化操作可通过单命令操作和Lua脚本的方式实现。

我们在应对相关问题时，可根据需要选择对应方案解决之。

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