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  • 【redis】-- redis的事务


    Redis通过MULTI、EXEC、WATCH等命令来实现事务( transaction)功能。事务提供了一种将多个命令请求打包,然后- -次性、按顺序地执行多个命令的机制,并且在事务执行期间,服务器不会中断事务而改去执行其他客户端的命令请求,它会将事务中的所有命令都执行完毕,然后才去处理其他客户端的命令请求。

    1.redis事务的执行流程

    在讲解事务前先简单介绍一下,有关事务的两个命令

    • multi:标记一个事务块的开始。 随后的指令将在执行EXEC时作为一个原子执行。
    MULTI 
    
    • exec:执行事务中所有在排队等待的指令并将链接状态恢复到正常 当使用WATCH 时,只有当被监视的键没有被修改,且允许检查设定机制时,EXEC会被执行
    EXEC 
    

    故redis事务的执行流程是:先使用multi命令开启事务模式,然后输入要执行的代码。输入结束后,输入exec命令,执行刚才输入的命令:

    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379> set a 1
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> set b 2
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> get a
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> exec
    1) OK
    2) OK
    3) "1"
    127.0.0.1:6379> 
    

    在执行exec指令后,redis会把每一天输入指令的执行结果输出到屏幕上。
    一个事务从开始到结束通常会经历以下三个阶段:

    1)事务开始。

    2)命令人队。

    3)事务执行。

    2.事务开始

    执行multi命令表示事务开始;

    MULTI命令可以将执行该命令的客户端从非事务状态切换至事务状态,这- -切换是通

    过在客户端状态的flags属性中打开REDIS_ MULTI标识来完成的。

    3.命令入队

    在非事务的情况下,向redis客户端输入的命令,会被立即执行,而在事务的情况下,指令的执行会有所不同:

    • 如果客户端发送的命令为EXEC、DISCARD、WATCH、MULTI四个命令的其中一个,那么服务器立即执行这个命令。
    • 与此相反,如果客户端发送的命令是EXEC、DISCARD、WATCH、MULTI四个命令以外的其他命令,那么服务器并不立即执行这个命令,而是将这个命令放入一个事务队列里面,然后向客户端返回QUEUED回复。

    图片

    事务队列

    因为输入进redis客户端的命令不会立即执行,所以当我们输入命令后,redis会把我们输入的命令都放入一个数组队列中(即以队列的形式来安排数据的添加和删除,以数组来存储数据)。如执行以下命令:

    127.0.0.1:6379> MULTI
    OK
    127.0.0.1:6379> SET "name" "Practical Common Li sp"
    QUEUED
    127.0.0.1:6379>  GET "name" 
    QUEUED
    127.0.0.1:6379>  SET "author" "Peter Seibel "
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> GET "author"
    QUEUED
    

    那么在redis中这些命令会被存入一个数组队列:
    图片

    4.命令的执行

    当执行EXEC命令后,redis会遍历命令入队过程中的数组,按照先后顺序依次执行命令,并把命令执行的结果,返回显示在屏幕上:

    127.0.0.1:6379> exec
    1) OK
    2) Practical Common Li sp3)
    3) OK
    4) "Peter Seibel "
    

    5.watch命令

    WATCH命令是一个 乐观锁( optimistic locking),它可以在EXEC命令执行之前,监视任意数量的数据库键,并在EXEC命令执行时,检查被监视的键是否至少有-一个已经被修改过了,如果是的话,服务器将拒绝执行事务,并向客户端返回代表事务执行失败的空回复。

    使用 check-and-set 操作实现乐观锁
    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。
    举个例子, 假设我们需要原子性地为某个值进行增 1 操作(假设 INCR 不存在)。
    首先我们可能会这样做:
    val = GET mykey
    val = val + 1
    SET mykey $val
    上面的这个实现在只有一个客户端的时候可以执行得很好。 但是, 当多个客户端同时对同一个键进行这样的操作时, 就会产生竞争条件。举个例子, 如果客户端 A 和 B 都读取了键原来的值, 比如 10 , 那么两个客户端都会将键的值设为 11 , 但正确的结果应该是 12 才对。
    有了 WATCH , 我们就可以轻松地解决这类问题了:
    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。

    6.放弃事务(DISCARD

    • discard:刷新一个事务中所有在排队等待的指令,并且将连接状态恢复到正常。如果已使用WATCH,DISCARD将释放所有被WATCH的key。

    7.事务的ACID属性

    在Redis中,事务总是具有原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)和隔离性( Isolation),并且当Redis运行在某种特定的持久化模式下时,事务也具有耐久性( Durability )。

    1.原子性

    事务具有原子性指的是,数据库将事务中的多个操作当作-一个整体来执行,服务器要么就执行事务中的所有操作,要么就一个操作也不执行。

    对于Redis的事务功能来说,事务队列中的命令要么就全部都执行,要么就-一个都不执行,因此,Redis 的事务是具有原子性的。

    redis不支持回滚

    redis与传统关系型最大的区别是,redis不支持事务回滚,即如果在exec执行命令的过程中,某条指令出现错误,redis会继续执行后面的语句,而不会回滚到事务开启前的状态。即执行过程中的错误不影响,事务的执行:

    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379> set w a a
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> set hh 12
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> get hh
    QUEUED
    127.0.0.1:6379> exec
    1) (error) ERR syntax error
    2) OK
    3) "12"
    

    例子中第一条指令在执行时发生错误,但依旧可以执行后面的语句。

    redis不支持事务回滚的原因:

    Redis的作者在事务功能的文档中解释说,不支持事务回滚是因为这种复杂的功能和Redis追求简单高效的设计主旨不相符,并且他认为,Redis事务的执行时错误通常都是编程错误产生的,这种错误通常只会出现在开发环境中,而很少会在实际的生产环境中出现,所以他认为没有必要为Redis开发事务回滚功能。

    有种观点认为 Redis 处理事务的做法会产生 bug , 然而需要注意的是, 在通常情况下, 回滚并不能解决编程错误带来的问题。 举个例子, 如果你本来想通过 INCR 命令将键的值加上 1 , 却不小心加上了 2 , 又或者对错误类型的键执行了 INCR , 回滚是没有办法处理这些情况的。

    2.一致性

    事务具有一致性指的是,如果数据库在执行事务之前是一致的,那么在事务执行之后,无论事务是否执行成功,数据库也应该仍然是一致的。

    “一致”指的是数据符合数据库本身的定义和要求,没有包含非法或者无效的错误数据。Redis通过谨慎的错误检测和简单的设计来保证事务的一致性,以下三个小节将分别介绍三个Redis事务可能出错的地方,并说明Redis是如何妥善地处理这些错误,从而确保事务的一致性的。

    1.入队错误

    如果redis在开启事务后的输入指令时,输入的某一指令出现格式错误,或指令不存在,那么redis会拒绝执行事务。此时没有数据的输入所以数据库中的数据是一致的。

    Redis 2.6.5以前的入队错误处理
    根据文档记录,在Redis 2.6.5以前的版本,即使有命令在入队过程中发生了错误,事务一样可以执行,不过被执行的命令只包括那些正确入队的命令。以下这段代码是在Redis 2.6.4版本上测试的,可以看到,事务可以正常执行,但只有成功入队的SET命令和GET命令被执行了,而错误的YAH0000则被忽略了:
    redis> MULTI
    OK
    redis> SET msg "he11o"
    QUEUED
    redis> YAH000O
    (error) ERR unknown command ' YAHO000'
    redis> GET msg
    QUEUED
    redis> EXEC

    1. 0K
    2. "hello"

    2.执行错误

    在讨论redis不支持事务回滚时,就讨论过该问题,因为错误的指令不会存入数据库,而正确的指令都存入了数据库,所以执行错误也不会影响redis的一致性。

    3.服务器停机

    服务器出现停机,那么如果没有开启rdb或aof那么数据库所有数据都会消失,不影响一致性,而有rdb或aof时会根据这两个把数据再次装入数据库,所以这种情况下redis的数据也是一致的。

    3.隔离性

    redis是单线程的,无论并发量多大,进入redis后,都是串行执行,所以并发情况和串行情况下在开启事务后,也是一样。

    因为Redis使用单线程的方式来执行事务(以及事务队列中的命令),并且服务器保证,在执行事务期间不会对事务进行中断,因此,Redis的事务总是以串行的方式运行的,并且事务也总是具有隔离性的。

    4.持久性

    事务的耐久性指的是,当一个事务执行完毕时,执行这个事务所得的结果已经被保存到永久性存储介质(比如硬盘)里面了,即使服务器在事务执行完毕之后停机,执行事务所得的结果也不会丢失。

    因为Redis的事务不过是简单地用队列包裹起了--组Redis命令,Redis并没有为事务提供任何额外的持久化功能,所以Redis事务的耐久性由Redis所使用的持久化模式决定:
    当服务器在无持久化的内存模式下运作时,事务不具有耐久性:一旦服务器停机,包括事务数据在内的所有服务器数据都将丢失。
    当服务器在RDB持久化模式下运作时,服务器只会在特定的保存条件被满足时,才会执行BGSAVE命令,对数据库进行保存操作,并且异步执行的BGSAVE不能保证事务数据被第一时间保存到硬盘里面,因此RDB持久化模式下的事务也不具有耐久性。
    当服务器运行在AOF持久化模式下,并且appendfsync选项的值为always时,程序总会在执行命令之后调用同步(sync) 函数,将命令数据真正地保存到硬盘里面,因此这种配置下的事务是具有耐久性的。
    当服务器运行在AOF持久化模式下,并且appendfsync选项的值为everysec时,程序会每秒同步--次命令数据到硬盘。因为停机可能会恰好发生在等待同步的那一秒钟之内,这可能会造成事务数据丢失,所以这种配置下的事务不具有耐久性。

    文章部分参考:

    《redis设计与实现(第二版)》

    redis中文官网:http://redis.cn/topics/transactions.html

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