复习Redis深度历险阅读笔记——同舟共济之事务代码片段

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代码片段

Redis 小笨蛋发布于：2022年04月18日更新于：2022年04月18日 115

为了确保连续多个操作的原子性，一个成熟的数据库通常都会有事务支持，Redis 也不例外。Redis 的事务使用非常简单，不同于关系数据库，我们无须理解那么多复杂的事务模型，就可以直接使用。不过也正是因为这种简单性，它的事务模型很不严格，这要求我们不能像使用关系数据库的事务一样来使用 Redis。

### Redis 事务的基本使用
每个事务的操作都有 `begin`、`commit` 和 `rollback`，`begin` 指示事务的开始，`commit` 指示事务的提交，`rollback` 指示事务的回滚。它大致的形式如下。

```shell
begin();
try {
 command1();
 command2();
 ....
 commit();
} catch(Exception e) {
 rollback();
}
```

Redis 在形式上看起来也差不多，分别是 `multi/exec/discard`。`multi` 指示事务的开始，`exec` 指示事务的执行，`discard` 指示事务的丢弃。

```shell
> multi
OK
> incr books
QUEUED
> incr books
QUEUED
> exec
(integer) 1
(integer) 2
```

上面的指令演示了一个完整的事务过程，所有的指令在 `exec` 之前不执行，而是缓存在服务器的一个事务队列中，服务器一旦收到 `exec` 指令，才开执行整个事务队列，执行完毕后一次性返回所有指令的运行结果。因为 Redis 的单线程特性，它不用担心自己在执行队列的时候被其它指令打搅，可以保证他们能得到的「原子性」执行。

上面显示了以上事务过程完整的交互效果。`QUEUED` 是一个简单字符串，同 OK 是一个形式，它表示指令已经被服务器缓存到队列里了。

### 原子性
事务的原子性是指要么事务全部成功，要么全部失败，那么 Redis 事务执行是原子性的吗？

下面我们来看一个特别的例子。

```shell
> multi
OK
> set books iamastring
QUEUED
> incr books
QUEUED
> set poorman iamdesperate
QUEUED
> exec
1) OK
2) (error) ERR value is not an integer or out of range
3) OK
> get books
"iamastring"
> get poorman
"iamdesperate
```

上面的例子是事务执行到中间遇到失败了，因为我们不能对一个字符串进行数学运算，**事务在遇到指令执行失败后，后面的指令还继续执行**，所以 poorman 的值能继续得到设置。

到这里，你应该明白 **Redis 的事务根本不能算「原子性」，而仅仅是满足了事务的「隔离性」，隔离性中的串行化——当前执行的事务有着不被其它事务打断的权利。**

### discard(丢弃)
Redis 为事务提供了一个 `discard` 指令，用于丢弃事务缓存队列中的所有指令，在 `exec` 执行之前。

```shell
> get books
(nil)
> multi
OK
> incr books
QUEUED
> incr books
QUEUED
> discard
OK
> get books
(nil)
```

我们可以看到 `discard` 之后，队列中的所有指令都没执行，就好像 `multi` 和 `discard` 中间的所有指令从未发生过一样。

### 优化
上面的 Redis 事务在发送每个指令到事务缓存队列时都要经过一次网络读写，当一个事务内部的指令较多时，需要的网络 IO 时间也会线性增长。所以**通常 Redis 的客户端在执行事务时都会结合 `pipeline` 一起使用，这样可以将多次 IO 操作压缩为单次 IO 操作**。比如我们在使用 Python 的 Redis 客户端时执行事务时是要强制使用 pipeline 的。

```shell
pipe = redis.pipeline(transaction=true)
pipe.multi()
pipe.incr("books")
pipe.incr("books")
values = pipe.execute()
```

### Watch
考虑到一个业务场景，Redis 存储了我们的账户余额数据，它是一个整数。现在有两个并发的客户端要对账户余额进行修改操作，这个修改不是一个简单的 `incrby` 指令，而是要对余额乘以一个倍数。Redis 可没有提供 `multiplyby` 这样的指令。我们需要先取出余额然后在内存里乘以倍数，再将结果写回 Redis。

这就会出现并发问题，因为有多个客户端会并发进行操作。我们可以通过 Redis 的分布式锁来避免冲突，这是一个很好的解决方案。**分布式锁是一种悲观锁，那是不是可以使用乐观锁的方式来解决冲突呢？**

**Redis 提供了这种 `watch` 的机制，它就是一种乐观锁**。有了 `watch` 我们又多了一种可以用来解决并发修改的方法。 watch 的使用方式如下：

```shell
while True:
	do_watch()
 	commands()
 	multi()
 	send_commands()
	try:
 		exec()
 		break
	 except WatchError:
 		continue
```

`watch` 会在事务开始之前盯住 1 个或多个关键变量，当事务执行时，也就是服务器收到了 `exec` 指令要顺序执行缓存的事务队列时，Redis 会检查关键变量自 `watch` 之后，是否被修改了 (包括当前事务所在的客户端)。**如果关键变量被人动过了，`exec` 指令就会返回 `null` 回复告知客户端事务执行失败，这个时候客户端一般会选择重试。**

```shell
> watch books
OK
> incr books # 被修改了
(integer) 1
> multi
OK
> incr books
QUEUED
> exec # 事务执行失败
(nil)
```

当服务器给 `exec` 指令返回一个 `null` 回复时，客户端知道了事务执行是失败的，通常客户端 (redis-py) 都会抛出一个 `WatchError` 这种错误，不过也有些语言 (jedis) 不会抛出异常，而是通过在 `exec` 方法里返回一个 `null`，这样客户端需要检查一下返回结果是否为 `null` 来确定事务是否执行失败。

### 注意事项
Redis 禁止在 `multi` 和 exec 之间执行 `watch` 指令，而必须在 `multi` 之前做好盯住关键变量，否则会出错。
接下来我们使用 Python 语言来实现对余额的加倍操作。

```shell
# -*- coding: utf-8
import redis
def key_for(user_id):
    return "account_{}".format(user_id)
    
def double_account(client, user_id):
    key = key_for(user_id)
    while True:
        client.watch(key)
        value = int(client.get(key))
        value *= 2 # 加倍
        pipe = client.pipeline(transaction=True)
        pipe.multi()
        pipe.set(key, value)
        try:
            pipe.execute()
            break # 总算成功了
        except redis.WatchError:
            continue # 事务被打断了，重试
    return int(client.get(key)) # 重新获取余额

client = redis.StrictRedis()
user_id = "abc"
client.setnx(key_for(user_id), 5) # setnx 做初始化
print double_account(client, user_id)
```

下面我们再使用 Java 语言实现一遍。
```shell
import java.util.List;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.Transaction;
public class TransactionDemo
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Jedis jedis = new Jedis();
        String userId = "abc";
        String key = keyFor(userId);
        jedis.setnx(key, String.valueOf(5)); # setnx 做初始化
        System.out.println(doubleAccount(jedis, userId));
        jedis.close();
    }
    public static int doubleAccount(Jedis jedis, String userId)
    {
        String key = keyFor(userId);
        while (true)
        {
            jedis.watch(key);
            int value = Integer.parseInt(jedis.get(key));
            value *= 2; // 加倍
            Transaction tx = jedis.multi();
            tx.set(key, String.valueOf(value));
            List<Object> res = tx.exec();
            if (res != null)
            {
                break; // 成功了
            }
        }
        return Integer.parseInt(jedis.get(key)); // 重新获取余额
    }
    public static String keyFor(String userId)
    {
        return String.format("account_{}", userId);
    }
}
```

我们常常听说 Python 的代码要比 Java 简短太多，但是从这个例子中我们看到 Java 的代码比 python 的代码也多不了多少，大约只多出 50%。 
C#：要不我走？

这里⇓感觉得写点什么，要不显得有点空，但还没想好写什么... 返回顶部