redis_事务详解

爱被打了一巴掌 2024-03-27 13:35 78阅读 0赞

## 1、 redis事务的特性 ##

> Redis 事务的 ACID 原则  
> ACID 原则我相信各位已经滚瓜烂熟了，它指数据库事务正确执行的四个基本要素的缩写。包含：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）（摘自百度百科）  
> 对于 Redis 事务的 ACID 原则，我先说结论：Redis 的事务满足一致性和隔离性，但是原子性和持久性就不支持了。下面详细分析。

> 原子性  
> 原子性定义如下（摘自百度百科）：  
> 整个事务中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不可能停滞在中间某个环节。事务在执行过程中发生错误，会被回滚（Rollback）到事务开始前的状态，就像这个事务从来没有执行过一样。  
> 注意三个关键：要么全部完成、要么全部不完成、失败回滚  
> Redis 单个命令的执行是具有原子性的，但是对于事务而言，由于 Redis 放弃了事务的回滚机制，在整个事务执行阶段，如果没有碰到中断的情况（上面提到的三种情况），Redis 会继续执行下去。所以 Redis 是不具备原子性的。  
> 至于 Redis 为什么放弃回滚机制，官网也给出了答案：  
> Redis 操作失败的原因只可能是语法错误或者错误的数据库类型操作，这些都是在开发层面能发现的问题不会进入到生产环境，因此不需要回滚。  
> Redis 内部设计推崇简单和高性能，因此不需要回滚能力。  
> 在事务执行过程中即使发生了错误，Redis 服务也不会放弃事务的执行，它会继续执行下去，同时也不会因为已执行的错误命令而影响后续命令的执行。如下：  
> ![在这里插入图片描述][fb836ac91e17462d9e85bdb10d94bda2.png]  
> 一致性  
> Redis事务是具有一致性的，这一点毋庸置疑的，下面看一下它是如何保证的。  
> 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情况，那么Redis将拒绝执行这个事务  
> 因为在事务执行的过程中，出错的命令会被服务器识别出来，并进行相应的错误处理，所以这些出错命令不会对数据库做任何修改，也不会对事务的一致性产生任何影响。  
> 如果服务器停机，Redis会通过RDB或者AOF这些持久化手段来恢复数据，那么数据总是保持一致的。

> 隔离性  
> 隔离性定义如下（摘自百度百科）  
> 隔离状态执行事务，使它们好像是系统在给定时间内执行的唯一操作  
> 通俗点将就是多个事务并发执行互不干扰。由于 Redis 使用的单线程方式来执行事务的且可以保证在整个事务执行期间不会中断去执行其他命令，所以 Redis 的事务总是可以保证隔离性的。

> 持久性  
> 持久性定义如下（摘自百度百科）  
> 在事务完成以后，该事务对数据库所作的更改便持久的保存在数据库之中，并不会被回滚  
> 如果 Redis 采用内存模式，因为数据不会持久化，所以持久化无法保证  
> 如果 Redis 采用 RDB 模式，服务器只会在特定的条件才会触发，如果 Redis 执行事务后，没有触发 bgsave 操作，则无法保证持久化  
> 如果 Redis 采用 AOF 模式，则分为以下三种情况  
> 如果选择的是 always，则会同步调用不同操作，将命令数据写入到硬盘中，所以具有持久性  
> 如果现在的是 everysec 或者 no，则依然需要在特定条件下触发，否则无法命令数据可以刷入硬盘，所以不具有持久性

> 事务中的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。  
> 没有隔离级别，事务提交前结果不可见，事务提交执行后可见  
> 不保证原子性，Redis 同一个事务中有命令执行失败，其后的命令仍然会被执行，不会回滚

> 事务三阶段：  
> 开启：MULTI 指令开启一个事务  
> 入队：将多个命令入队到事务中，这些命令不会立即执行，而是放到等待执行的事务队列  
> 执行：由 EXEC 指令触发事务执行

> 相关指令：  
> multi，标记一个事务块的开始，返回 ok  
> exec，执行所有事务块内，事务块内所有命令执行的先后顺序的返回值，操作失败，返回空值 nil  
> discard，取消事务，放弃执行事务块内的所有命令，返回 ok  
> watch，监视 key 在事务执行之前是否被其他指令改动，若已修改则事务内的指令取消执行，返回 ok  
> unwatch，取消 watch 命令对 key 的监视，返回 ok

> 注：  
> 一旦 EXEC 指令执行，之前加的监控锁就会取消  
> Watch 指令，类似乐观锁，事务提交时，如果 Key 的值已被别的客户端改变，整个事务队列都不会被执行

## 2、事务概述 ##

> Redis中的事务（transaction）是一组命令的集合。事务同命令一样都是Redis的最小执行单位， 一个事务中的命令要么都执行，要么都不执行 。  
> 事务的应用非常普遍，如银行转账过程中A给B汇款，首先系统从A的账户中将钱划走，然后向B的账户增加相应的金额。这两个步骤必须属于同一个事务，要么全执行，要么全不执行。否则只执行第一步，钱就凭空消失了，这显然让人无法接受。  
> 事务的原理是先将属于一个事务的命令发送给Redis，然后再让Redis依次执行这些命令。  
> 例如：

redis＞MULTI
    OK
    redis＞SADD “user:1:following” 2
    QUEUED
    redis＞SADD “user:2:followers” 1
    QUEUED
    redis＞EXEC
    
    (integer) 1
    (integer) 1

> 上面的代码演示了事务的使用方式。  
> （1）首先使用MULTI命令告诉Redis：“下面我发给你的命令属于同一个事务，你先不要执行，而是把它们暂时存起来。”Redis回答：“OK。”  
> （2）而后我们发送了两个SADD命令来实现关注和被关注操作，可以看到Redis遵守了承诺，没有执行这些命令，而是 返回QUEUED表示这两条命令已经进入等待执行的事务队列 中了。  
> （3）当把所有要在同一个事务中执行的命令都发给Redis后，我们 使用EXEC命令告诉Redis将等待执行的事务队列中的所有命令（即刚才所有返回QUEUED的命令）按照发送顺序依次执行。EXEC命令的返回值就是这些命令的返回值组成的列表，返回值顺序和命令的顺序相同。  
> Redis保证一个事务中的所有命令要么都执行，要么都不执行。如果在发送EXEC命令前客户端断线了，则Redis会清空事务队列，事务中的所有命令都不会执行。而 一旦客户端发送了EXEC命令，所有的命令就都会被执行，即使此后客户端断线也没关系，因为Redis中已经记录了所有要执行的命令。  
> 除此之外，Redis的事务还能保证一个事务内的命令依次执行而不被其他命令插入。试想客户端A需要执行几条命令，同时客户端B发送了一条命令，如果不使用事务，则客户端B的命令可能会插入到客户端A的几条命令中执行。如果不希望发生这种情况，也可以使用事务。

## 3 、错误处理 ##

> 如果一个事务中的某个命令执行出错，Redis会怎样处理呢？要回答这个问题，首先需要知道什么原因会导致命令执行出错。  
> （1）语法错误。 语法错误指命令不存在或者命令参数的个数不对。比如：

redis＞MULTI
    OK
    redis＞SET key value
    QUEUED
    redis＞SET key
    (error)ERR wrong number of arguments for ‘set’ command
    redis＞ ERRORCOMMAND key
    (error) ERR unknown command ‘ERRORCOMMAND’
    redis＞ EXEC
    (error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.

> 跟在MULTI命令后执行了3个命令：一个是正确的命令，成功地加入事务队列；其余两个命令都有语法错误。而只要有 一个命令有语法错误，执行EXEC命令后Redis就会直接返回错误，连语法正确的命令也不会执行。  
> 注释：  
> 1)Redis 2.6.5之前的版本会忽略有语法错误的命令，然后执行事务中其他语法正确的命令。就此例而言，SET key value会被执行，EXEC命令会返回一个结果  
> 2）运行错误。 运行错误指在命令执行时出现的错误，比如使用散列类型的命令操作集合类型的键，这种错误在实际执行之前Redis是无法发现的，所以在事务里这样的命令是会被Redis接受并执行的。如果事务里的 一条命令出现了运行错误，事务里其他的命令依然会继续执行（包括出错命令之后的命令） ，示例如下：

redis＞MULTI
    OK
    redis＞SET key 1
    QUEUED
    redis＞SADD key 2
    QUEUED
    redis＞SET key 3
    QUEUED
    redis＞EXEC
    
    OK
    (error) ERR Operation against a key holding the wrong kind of value
    OK
    redis＞GET key
    “3”

> 可见虽然SADD key 2出现了错误，但是SET key 3依然执行了。  
> Redis的事务没有关系数据库事务提供的回滚（rollback）功能 。为此开发者必须在事务执行出错后自己收拾剩下的摊子（将数据库复原回事务执行前的状态等。  
> 注释：事务回滚是指将一个事务已经完成的对数据库的修改操作撤销。

## 4、watch命令介绍 ##

> 我们已经知道在一个事务中只有当所有命令都依次执行完后才能得到每个结果的返回值，可是有些情况下需要先获得一条命令的返回值，然后再根据这个值执行下一条命令。例如，INCR命令可以使用GET和SET命令自己实现，但会出现竞态条件，伪代码如下：

def incr( key)
    value=GET key
    if not value
    value=0
    value= value+1
    SET key, value
    return value

> 就目前了解的内容我们肯定会想到可以用 事务来实现incr函数以防止竞态条件，可是因为事务中的每个命令的执行结果都是最后一起返回的，所以无法将前一条命令的结果作为下一条命令的参数，即在执行SET命令时无法获得GET命令的返回值，也就无法做到增1的功能了。  
> 为了解决这个问题，我们需要换一种思路。即在GET获得键值后保证该键值不被其他客户端修改，直到函数执行完成后才允许其他客户端修改该键键值，这样也可以防止竞态条件。要实现这一思路需要请出事务家族的另一位成员： WATCH 。 WATCH命令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（事务中的命令是在EXEC之后才执行的，所以在MULTI命令后可以修改WATCH监控的键值），如：

redis＞SET key 1
    OK
    redis＞WATCH key
    OK
    redis＞SET key 2
    OK
    redis＞MULTI
    OK
    redis＞SET key 3
    QUEUED
    redis＞EXEC
    (nil)
    redis＞GET key
    “2”

> 上例中在执行WATCH命令后、事务执行前修改了key的值（即SET key 2），所以最后事务中的命令SET key 3没有执行，EXEC命令返回空结果。  
> 学会了WATCH命令就可以通过事务自己实现incr函数了，伪代码如下：

def incr( key)
    WATCH key
    value=GET key
    if not value
    value=0
    value= value+1
    MULTI
    SET key, value
    result=EXEC
    return result[0]

> 因为EXEC命令返回值是多行字符串类型，所以代码中使用result\[0\]来获得其中第一个结果。  
> 提示:  
> 由于WATCH命令的作用只是当被监控的键值被修改后阻止之后一个事务的执行，而不能保证其他客户端不修改这一键值，所以我们需要在EXEC执行失败后重新执行整个函数。  
> 执行EXEC命令后会取消对所有键的监控 ，如果不想执行事务中的命令也可以使用 UNWATCH 命令来取消监控。比如，我们要实现hsetxx函数，作用与HSETNX命令类似，只不过是仅当字段存在时才赋值。为了避免竞态条件我们使用事务来完成这一功能：

def hsetxx( key, field, value)
    WATCH key
    isFieldExists = HEXISTS key, field
    if isFieldExists is 1
    MULTI
    HSET key, field, value
    EXEC
    else
    UNWATCH
    return isFieldExists

> 在代码中会判断要赋值的字段是否存在，如果字段不存在的话就不执行事务中的命令，但需要使用UNWATCH命令来保证下一个事务的执行不会受到影响。

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