Redis的事务

  • 事务简介
  • 事务基本操作
    • 事务的工作流程
    • 事务的注意事项
  • 锁
    • 基于特定条件的事务执行
    • 分布式锁
    • 死锁

事务简介

事务是一个数据库必备的元素，对于redis也不例外，对于一个传统的关系型数据库来说，数据库事务满足ACID四个特性

ACID

  • 原子性（Atomicity）
    原子性是指事务是一个不可分割的工作单位，事务中的操作要么都发生，要么都不发生。
  • 一致性（Consistency）
    事务前后数据的完整性必须保持一致。
  • 隔离性（Isolation）
    事务的隔离性是多个用户并发访问数据库时，数据库为每一个用户开启的事务，不能被其他事务的操作数据所干扰，多个并发事务之间要相互隔离。
  • 持久性（Durability）
    持久性是指一个事务一旦被提交，它对数据库中数据的改变就是永久性的，接下来即使数据库发生故障也不应该对其有任何影响

对于redis来说，只满足其中的：
一致性（Consistency）和隔离性（Isolation）两个特性，其他特性是不支持的。

事务基本操作

  • 开启事务

    multi
    作用：设定事务的开启位置，此指令执行后，后续的所有指令均加入到事务中

  • 执行事务

    exec
    作用：设定事务的结束位置，同时执行事务。与multi成对出现，成对使用

注意：加入事务的命令暂时进入到任务队列中，并没有立即执行，只有执行exec命令才开始执行

开启两个redis客户端
127.0.0.1:6379> set name maomao
OK在另一个客户端set name
127.0.0.1:6379> set name zhuzhu
OK在第一个客户端name变化了 这就是因为没有事务造成的现象
127.0.0.1:6379> get name
"zhuzhu"127.0.0.1:6379> multi  # 开启事务
OK
127.0.0.1:6379(TX)> set name maomao
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> set age 19
QUEUED另一台客户端
127.0.0.1:6379> set name zhuzhu
OK127.0.0.1:6379(TX)> exec       # 执行
1) OK
2) OK
127.0.0.1:6379> get name # 最后的值还是maomao
"maomao"

事务定义过程中发现出了问题

  • 取消事务

    discard
    终止当前事务的定义，发生在multi之后，exec之前

127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> set num 100
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> get age
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> set nums 200
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> discard      # 取消事务
OK
127.0.0.1:6379> exec
(error) ERR EXEC without MULTI

事务的工作流程

  1. 识别到普通指令 则直接执行
  2. MULTI开启事务 创建队列
  3. 识别到普通指令则将指令加入队列（QUEUED）
  4. 识别到EXEC 则执行事务 返回执行结果
  5. 识别到DISCARD 则销毁队列

事务的注意事项

定义事务的过程中，命令格式输入错误怎么办

  • 语法错误
    指命令书写格式有误
  • 处理结果
    如果定义的事务中所包含的命令存在语法错误，整体事务中所有命令均不会执行。包括那些语法正确的命令。

编译型异常（代码有问题！ 命令有错！），事务中所有的命令都不会被执行！

127.0.0.1:6379> flushdb
OK
127.0.0.1:6379> keys *
(empty array)
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> set name xiaotian
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> get name
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> qst name pancheng
(error) ERR unknown command `qst`, with args beginning with: `name`, `pancheng`,
127.0.0.1:6379(TX)> exec # 如果事务中存在语法错误 全部命令都不执行
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.

定义事务的过程中，命令执行出现错误怎么办

  • 运行错误
    指命令格式正确，但是无法正确的执行。例如对list进行incr操作
  • 处理结果
    能够正确运行的命令会执行，运行错误的命令不会被执行

运行时异常（1/0），如果事务中有存在语法性错误，那么执行命令的时候，其他命令是可以正常执行的，错误命令抛出异常！

127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> set name xiaotian
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> get name
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> set name pancheng
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> get name
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> lpush name a b c
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> set name zhu
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> get name
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> exec# 语法性错误，那么执行命令的时候，其他命令是可以正常执行的
1) OK
2) "xiaotian"
3) OK
4) "pancheng"
5) (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
6) OK
7) "zhu"例2：
127.0.0.1:6379> set k1 'hello'
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> incr k1
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> set k2 v2
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> set k3 v3
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> get k3
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> exec # 虽然第一条命令报错了，但是依旧正常执行成功了！
1) (error) ERR value is not an integer or out of range
2) OK
3) OK
4) "v3"
127.0.0.1:6379> get k1
"hello"
127.0.0.1:6379> get k3
"v3"

注意：已经执行完毕的命令对应的数据不会自动回滚，需要程序员自己在代码中实现回滚。

手动进行事务回滚

  • 记录操作过程中被影响的数据之前的状态

    • 单数据：string
    • 多数据：hash、list、set、zset
  • 设置指令恢复所有的被修改的项
    • 单数据：直接set（注意周边属性，例如时效）
    • 多数据：修改对应值或整体克隆复制

锁

基于特定条件的事务执行

天猫双11热卖过程中，对已经售罄的货物追加补货，4个业务员都有权限进行补货。补货的操作可能是一系列的操作，牵扯到多个连续操作，如何保障不会重复操作？

加粗样式

  • 多个客户端有可能同时操作同一组数据，并且该数据一旦被操作修改后，将不适用于继续操作
  • 在操作之前锁定要操作的数据，一旦发生变化，终止当前操作

解决方案

  • 对 key 添加监视锁，在执行exec前如果key发生了变化，终止事务执行

    watch key1 [key2……]

  • 取消对所有 key 的监视

    unwatch

127.0.0.1:6379> set name xiaotian
OK
127.0.0.1:6379> set age 18
OK
127.0.0.1:6379> watch name
OK
127.0.0.1:6379> get name
"xiaotian"
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> set aa bb
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> get aa
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> exec
1) OK
2) "bb"这次监控两个key 并且去另一个客户端更改key的值
127.0.0.1:6379> watch name age
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> set aa cc
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> get aa
QUEUED这里去另一个客户端
127.0.0.1:6379> set name zhuzhu
OK
127.0.0.1:6379> get name
"zhuzhu"结构发现事务直接为nil
127.0.0.1:6379(TX)> exec
(nil)说明watch的key被改变 接下来的事务执行失败在事务里不能执行watch
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> watch name
(error) ERR WATCH inside MULTI is not allowed

watch的key不能改变 是 能否执行下一个事务的条件，和下一个事务里面执行的内容无关

  • redis 应用基于状态控制的批量任务执行

分布式锁

天猫双11热卖过程中，对已经售罄的货物追加补货，且补货完成。客户购买热情高涨，3秒内将所有商品购买完毕。本次补货已经将库存全部清空，如何避免最后一件商品不被多人同时购买？【超卖问题】

  • 使用watch监控一个key有没有改变已经不能解决问题，此处要监控的是具体数据
  • 虽然redis是单线程的，但是多个客户端对同一数据同时进行操作时，如何避免不被同时修改？

解决方案

  • 使用 setnx 设置一个公共锁

    setnx lock-key value

  • 利用setnx命令的返回值特征，有值则返回设置失败，无值则返回设置成功

    • 对于返回设置成功的，拥有控制权，进行下一步的具体业务操作
    • 对于返回设置失败的，不具有控制权，排队或等待

  • 操作完毕通过del操作释放锁

127.0.0.1:6379> set num 10
OK
127.0.0.1:6379> setnx lock-num 1 # 添加一个锁
(integer) 1
127.0.0.1:6379> incrby num -1
(integer) 9在解锁之前 其他客户端是不能使用这个锁的
127.0.0.1:6379> setnx lock-num 1
(integer) 0     # 返回0 失败127.0.0.1:6379> del lock-num # 释放锁
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get num
"9"其他客户端方能使用
127.0.0.1:6379> setnx lock-num 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> incrby num -1
(integer) 8
127.0.0.1:6379> del lock-num
(integer) 1
  • 注意：上述解决方案是一种设计概念，依赖规范保障，具有风险性

死锁

依赖分布式锁的机制，某个用户操作时对应客户端宕机，且此时已经获取到锁。如何解决？

  • 由于锁操作由用户控制加锁解锁，必定会存在加锁后未解锁的风险
  • 需要解锁操作不能仅依赖用户控制，系统级别要给出对应的保底处理方案

解决方案

  • 使用 expire 为锁key添加时间限定，到时不释放，放弃锁

    expire lock-key second
    pexpire lock-key milliseconds

127.0.0.1:6379> set name xiaotian
OK
127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> expire lock-name 20      # 设置一个有效期
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get name
"xiaotian"
127.0.0.1:6379> del lock-name
(integer) 1127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> expire lock-name 20
(integer) 1在有效期内其他客户端无法获取锁
127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1    # 到期之后就能获取锁了
(integer) 1
  • 由于操作通常都是微秒或毫秒级，因此该锁定时间不宜设置过大。具体时间需要业务测试后确认。

    • 例如：持有锁的操作最长执行时间127ms，最短执行时间7ms。
    • 测试百万次最长执行时间对应命令的最大耗时，测试百万次网络延迟平均耗时
    • 锁时间设定推荐：最大耗时120%+平均网络延迟110%
    • 如果业务最大耗时<<网络平均延迟，通常为2个数量级，取其中单个耗时较长即可

在实验一个小案例

事务127.0.0.1:6379> set money 100   # 有100块钱
OK
127.0.0.1:6379> set out 0
OK
127.0.0.1:6379> watch money      # 监视 money 对象
OK
127.0.0.1:6379> multi    # 事务正常结束，数据期间没有发生变动，这个时候就正常执行成功！
OK
127.0.0.1:6379(TX)> DECRBY money 20      # 减少20
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> INCRBY out 20        # 支出就增加20
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> exec
1) (integer) 80
2) (integer) 20乐观锁
127.0.0.1:6379> watch money      # 监视 money
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> decrby money 10
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> INCRBY out 10
QUEUED127.0.0.1:6379> set money 1000 # 其他客户端127.0.0.1:6379(TX)> exec  # 执行之前，另外一个线程，修改了我们的值，这个时候，就会导致事务执行失败
(nil)如果修改失败，获取最新的值就行了
127.0.0.1:6379> unwatch      # 如果发现事务执行失败，就先解锁
OK
127.0.0.1:6379> watch money      # 获取最新的值，再次监视，select version
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> DECRBY money 10
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> INCRBY out 10
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> exec # 比对监视的值是否发生了变化，如果没有变化，那么可以执行成功，如果变化了就执行失败
1) (integer) 990
2) (integer) 30

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