Redis 事务

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Redis 事务

Redis 仅支持“非严格”的事务。所谓“非严格”是指：Redis 事务保证“全部执行命令”；但是，Redis 事务“不支持回滚”。

关键词：事务、ACID、MULTI、EXEC、DISCARD、WATCH

Redis 事务简介

什么是 ACID

ACID 是数据库事务正确执行的四个基本要素。

  • 原子性（Atomicity）
    • 事务被视为不可分割的最小单元，事务中的所有操作要么全部提交成功，要么全部失败回滚。
    • 回滚可以用日志来实现，日志记录着事务所执行的修改操作，在回滚时反向执行这些修改操作即可。
  • 一致性（Consistency）
    • 数据库在事务执行前后都保持一致性状态。
    • 在一致性状态下，所有事务对一个数据的读取结果都是相同的。
  • 隔离性（Isolation）
    • 一个事务所做的修改在最终提交以前，对其它事务是不可见的。
  • 持久性（Durability）
    • 一旦事务提交，则其所做的修改将会永远保存到数据库中。即使系统发生崩溃，事务执行的结果也不能丢失。
    • 可以通过数据库备份和恢复来实现，在系统发生奔溃时，使用备份的数据库进行数据恢复。

一个支持事务（Transaction）中的数据库系统，必需要具有这四种特性，否则在事务过程（Transaction processing）当中无法保证数据的正确性，交易过程极可能达不到交易。

  • 只有满足一致性，事务的执行结果才是正确的。
  • 在无并发的情况下，事务串行执行，隔离性一定能够满足。此时只要能满足原子性，就一定能满足一致性。
  • 在并发的情况下，多个事务并行执行，事务不仅要满足原子性，还需要满足隔离性，才能满足一致性。
  • 事务满足持久化是为了能应对系统崩溃的情况。

ACID

Redis 事务的特性

Redis 的事务总是支持 ACID 中的原子性、一致性和隔离性， 当服务器运行在 AOF 持久化模式下， 并且 appendfsync 选项的值为 always 时， 事务也具有持久性。

但需要注意的是：Redis 仅支持“非严格”的事务。这里的“非严格”，其实指的是 Redis 事务只能部分保证 ACID 中的原子性。

  • Redis 事务保证全部执行命令 - Redis 事务中的多个命令会被打包到事务队列中，然后按先进先出（FIFO）的顺序执行。事务在执行过程中不会被中断，当事务队列中的所有命令都被执行完毕之后，事务才会结束。
  • Redis 事务不支持回滚 - 如果命令执行失败不会回滚，而是会继续执行下去。

Redis 官方的事务特性文档给出的不支持回滚的理由是：

  • 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。
  • 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 事务应用

MULTI、EXEC、DISCARD 和 WATCH 是 Redis 事务相关的命令。

事务可以一次执行多个命令， 并且有以下两个重要的保证：

  • 事务是一个单独的隔离操作：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。
  • 事务是一个原子操作：事务中的命令要么全部被执行，要么全部都不执行。

MULTI

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。

以下是一个事务例子， 它原子地增加了 foo 和 bar 两个键的值：

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> MULTI
OK
> INCR foo
QUEUED
> INCR bar
QUEUED
> EXEC
1) (integer) 1
2) (integer) 1

EXEC

EXEC 命令负责触发并执行事务中的所有命令。

  • 如果客户端在使用 MULTI 开启了一个事务之后，却因为断线而没有成功执行 EXEC ，那么事务中的所有命令都不会被执行。
  • 另一方面，如果客户端成功在开启事务之后执行 EXEC ，那么事务中的所有命令都会被执行。

MULTI 和 EXEC 中的操作将会一次性发送给服务器，而不是一条一条发送，这种方式称为流水线，它可以减少客户端与服务器之间的网络通信次数从而提升性能。

DISCARD

当执行 DISCARD 命令时， 事务会被放弃， 事务队列会被清空， 并且客户端会从事务状态中退出。

示例：

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> SET foo 1
OK
> MULTI
OK
> INCR foo
QUEUED
> DISCARD
OK
> GET foo
"1"

WATCH

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

被 WATCH 的键会被监视，并会发觉这些键是否被改动过了。 如果有至少一个被监视的键在 EXEC 执行之前被修改了， 那么整个事务都会被取消， EXEC 返回 nil-reply 来表示事务已经失败。

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

使用上面的代码， 如果在 WATCH 执行之后， EXEC 执行之前， 有其他客户端修改了 mykey 的值， 那么当前客户端的事务就会失败。 程序需要做的， 就是不断重试这个操作， 直到没有发生碰撞为止。

这种形式的锁被称作乐观锁， 它是一种非常强大的锁机制。 并且因为大多数情况下， 不同的客户端会访问不同的键， 碰撞的情况一般都很少， 所以通常并不需要进行重试。

WATCH 使得 EXEC 命令需要有条件地执行：事务只能在所有被监视键都没有被修改的前提下执行，如果这个前提不能满足的话，事务就不会被执行。

WATCH 命令可以被调用多次。对键的监视从 WATCH 执行之后开始生效，直到调用 EXEC 为止。

用户还可以在单个 WATCH 命令中监视任意多个键，例如：

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redis> WATCH key1 key2 key3
OK

取消 WATCH 的场景

当 EXEC 被调用时， 不管事务是否成功执行， 对所有键的监视都会被取消。另外， 当客户端断开连接时， 该客户端对键的监视也会被取消。

使用无参数的 UNWATCH 命令可以手动取消对所有键的监视。 对于一些需要改动多个键的事务， 有时候程序需要同时对多个键进行加锁， 然后检查这些键的当前值是否符合程序的要求。 当值达不到要求时， 就可以使用 UNWATCH 命令来取消目前对键的监视， 中途放弃这个事务， 并等待事务的下次尝试。

使用 WATCH 创建原子操作

WATCH 可以用于创建 Redis 没有内置的原子操作。

举个例子，以下代码实现了原创的 ZPOP 命令，它可以原子地弹出有序集合中分值（score）最小的元素：

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WATCH zset
element = ZRANGE zset 0 0
MULTI
ZREM zset element
EXEC

参考资料