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：

> 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：

> 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。

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：

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：

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

参考资料

• 《Redis 设计与实现》