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redis-7-事務

一、概述:

      和眾多其它資料庫一樣,Redis作為NoSQL資料庫也同樣提供了事務機制。在Redis中,MULTI/EXEC/DISCARD/WATCH這四個命令是我們實現事務的基石。相信對有關係型資料庫開發經驗的開發者而言這一概念並不陌生,即便如此,我們還是會簡要的列出Redis中事務的實現特徵:
      1). 在事務中的所有命令都將會被序列化的順序執行,事務執行期間,Redis不會再為其它客戶端的請求提供任何服務,從而保證了事物中的所有命令被原子的執行。
      2). 和關係型資料庫中的事務相比,在Redis事務中如果有某一條命令執行失敗,其後的命令仍然會被繼續執行。
      3). 我們可以通過MULTI命令開啟一個事務,有關係型資料庫開發經驗的人可以將其理解為"BEGIN TRANSACTION"語句。在該語句之後執行的命令都將被視為事務之內的操作,最後我們可以通過執行EXEC/DISCARD命令來提交/回滾該事務內的所有操作。這兩個Redis命令可被視為等同於關係型資料庫中的COMMIT/ROLLBACK語句。
      4). 在事務開啟之前,如果客戶端與伺服器之間出現通訊故障並導致網路斷開,其後所有待執行的語句都將不會被伺服器執行。然而如果網路中斷事件是發生在客戶端執行EXEC命令之後,那麼該事務中的所有命令都會被伺服器執行。
      5). 當使用Append-Only模式時,Redis會通過呼叫系統函式write將該事務內的所有寫操作在本次呼叫中全部寫入磁碟。然而如果在寫入的過程中出現系統崩潰,如電源故障導致的宕機,那麼此時也許只有部分資料被寫入到磁碟,而另外一部分資料卻已經丟失。Redis伺服器會在重新啟動時執行一系列必要的一致性檢測,一旦發現類似問題,就會立即退出並給出相應的錯誤提示。此時,我們就要充分利用Redis工具包中提供的redis-check-aof工具,該工具可以幫助我們定位到資料不一致的錯誤,並將已經寫入的部分資料進行回滾。修復之後我們就可以再次重新啟動Redis伺服器了。

二、相關命令列表:

命令原型    時間複雜度    命令描述    返回值
MULTI         用於標記事務的開始,其後執行的命令都將被存入命令佇列,直到執行EXEC時,這些命令才會被原子的執行。    始終返回OK
EXEC         執行在一個事務內命令佇列中的所有命令,同時將當前連線的狀態恢復為正常狀態,即非事務狀態。如果在事務中執行了WATCH命令,那麼只有當WATCH所監控的Keys沒有被修改的前提下,EXEC命令才能執行事務佇列中的所有命令,否則EXEC將放棄當前事務中的所有命令。    原子性的返回事務中各條命令的返回結果。如果在事務中使用了WATCH,一旦事務被放棄,EXEC將返回NULL-multi-bulk回覆。
DISCARD         回滾事務佇列中的所有命令,同時再將當前連線的狀態恢復為正常狀態,即非事務狀態。如果WATCH命令被使用,該命令將UNWATCH所有的Keys。    始終返回OK。
WATCH key [key ...]    O(1)    在MULTI命令執行之前,可以指定待監控的Keys,然而在執行EXEC之前,如果被監控的Keys發生修改,EXEC將放棄執行該事務佇列中的所有命令。    始終返回OK。
UNWATCH    O(1)    取消當前事務中指定監控的Keys,如果執行了EXEC或DISCARD命令,則無需再手工執行該命令了,因為在此之後,事務中所有被監控的Keys都將自動取消。    始終返回OK。
三、命令示例:

   1. 事務被正常執行:
    #在Shell命令列下執行Redis的客戶端工具。
    /> redis-cli
    #在當前連線上啟動一個新的事務。
    redis 127.0.0.1:6379> multi
    OK
    #執行事務中的第一條命令,從該命令的返回結果可以看出,該命令並沒有立即執行,而是存於事務的命令佇列。
    redis 127.0.0.1:6379> incr t1
    QUEUED
    #又執行一個新的命令,從結果可以看出,該命令也被存於事務的命令佇列。
    redis 127.0.0.1:6379> incr t2
    QUEUED
    #執行事務命令佇列中的所有命令,從結果可以看出,佇列中命令的結果得到返回。
    redis 127.0.0.1:6379> exec
    1) (integer) 1
    2) (integer) 1
        
   2. 事務中存在失敗的命令:
    #開啟一個新的事務。
    redis 127.0.0.1:6379> multi
    OK
    #設定鍵a的值為string型別的3。
    redis 127.0.0.1:6379> set a 3
    QUEUED
    #從鍵a所關聯的值的頭部彈出元素,由於該值是字串型別,而lpop命令僅能用於List型別,因此在執行exec命令時,該命令將會失敗。
    redis 127.0.0.1:6379> lpop a
    QUEUED
    #再次設定鍵a的值為字串4。
    redis 127.0.0.1:6379> set a 4
    QUEUED
    #獲取鍵a的值,以便確認該值是否被事務中的第二個set命令設定成功。
    redis 127.0.0.1:6379> get a
    QUEUED
    #從結果中可以看出,事務中的第二條命令lpop執行失敗,而其後的set和get命令均執行成功,這一點是Redis的事務與關係型資料庫中的事務之間最為重要的差別。
    redis 127.0.0.1:6379> exec
    1) OK
    2) (error) ERR Operation against a key holding the wrong kind of value
    3) OK
    4) "4"
   2.1 事務中存在語法錯誤的命令:
   3. 回滾事務:
    #為鍵t2設定一個事務執行前的值。
    redis 127.0.0.1:6379> set t2 tt
    OK
    #開啟一個事務。
    redis 127.0.0.1:6379> multi
    OK
    #在事務內為該鍵設定一個新值。
    redis 127.0.0.1:6379> set t2 ttnew
    QUEUED
    #放棄事務。
    redis 127.0.0.1:6379> discard
    OK
    #檢視鍵t2的值,從結果中可以看出該鍵的值仍為事務開始之前的值。
    redis 127.0.0.1:6379> get t2
    "tt"

四、WATCH命令和基於CAS的樂觀鎖:

      在Redis的事務中,WATCH命令可用於提供CAS(check-and-set)功能。假設我們通過WATCH命令在事務執行之前監控了多個Keys,倘若在WATCH之後有任何Key的值發生了變化,EXEC命令執行的事務都將被放棄,同時返回Null multi-bulk應答以通知呼叫者事務執行失敗。例如,我們再次假設Redis中並未提供incr命令來完成鍵值的原子性遞增,如果要實現該功能,我們只能自行編寫相應的程式碼。其偽碼如下:
      val = GET mykey
      val = val + 1
      SET mykey $val
      以上程式碼只有在單連線的情況下才可以保證執行結果是正確的,因為如果在同一時刻有多個客戶端在同時執行該段程式碼,那麼就會出現多執行緒程式中經常出現的一種錯誤場景--競態爭用(race condition)。比如,客戶端A和B都在同一時刻讀取了mykey的原有值,假設該值為10,此後兩個客戶端又均將該值加一後set回Redis伺服器,這樣就會導致mykey的結果為11,而不是我們認為的12。為了解決類似的問題,我們需要藉助WATCH命令的幫助,見如下程式碼:
      WATCH mykey
      val = GET mykey
      val = val + 1
      MULTI
      SET mykey $val
      EXEC
      和此前程式碼不同的是,新程式碼在獲取mykey的值之前先通過WATCH命令監控了該鍵,此後又將set命令包圍在事務中,這樣就可以有效的保證每個連線在執行EXEC之前,如果當前連接獲取的mykey的值被其它連線的客戶端修改,那麼當前連線的EXEC命令將執行失敗。這樣呼叫者在判斷返回值後就可以獲悉val是否被重新設定成功。