標籤：redis 高效能分布式緩衝 nosql lua指令碼 eval
Redis從2.6開始支援Lua指令碼，和事務的功能類似，可以通過Lua指令碼原子的執行多個Redis命令。Redis提供了EVAL和EVALSHA命令執行lua指令碼。
建立並修改Lua壞境
Redis在伺服器內嵌了一個Lua壞境，並進行了一系列的修改，從而確保這個Lua壞境可以滿足Redis伺服器的需要，通過下列步驟建立並修改Lua壞境：
- 建立一個基礎Lua壞境，通過調用Lua的C API函數lua_open。
- 載入多個函數庫到Lua壞境中，讓Lua指令碼可以使用這些函數來進行資料操作。包括Lua核心函數（assert、error、pairs、tostring、pcall等）、表格庫（比如table.concat、table.insert等）、字串庫（string.x）、數學庫（math.x）、調試庫（debug.x）、CJSON庫、Struct庫、cmsgpack庫。
- 建立全域表格redis，該表格包含了對Redis進行操作的函數，比如用於在Lua指令碼中執行Redis命令的redis.call和redis.pcall函數、用於記錄日誌的redis.log函數。
- 使用Redis自製的隨機函數替換Lua原有的副作用隨機函數，替換後的隨機函數對於相同的seed總會產生相同的隨機數序列。
- 建立排序輔助函數，Lua壞境使用這個輔助函數來對一部分Redis命令的結果進行排序，消除命令的不確定性，比如SMEMBERS這種命令多次執行可能會產生不同的結果，通過輔助函數來對結果進行排序讓它們每次產生同樣的結果。
- 建立redis.pcall函數的錯誤報表輔助函數，提供詳細的出錯資訊。
- 對Lua壞境中的全域變數進行保護，防止使用者在執行Lua指令碼的過程中，將額外的變數添加到Lua壞境中，不過Redis沒有禁止使用者修改已存在的全域變數，所以使用Lua指令碼的時候需要小心，以免錯誤的修改了已存在的全域變數。
- 將完成修改的Lua壞境儲存到伺服器狀態的lua屬性（redisServer結構的屬性）中，等待執行伺服器傳來的Lua指令碼。
Lua壞境協作組件Redis伺服器建立了兩個用於與Lua壞境進行協作的組件，它們分別是負責執行Lua指令碼中的Redis命令的偽用戶端，以及用於儲存Lua指令碼的lua_scripts字典。
偽用戶端偽用戶端負責處理Lua指令碼中包含的Redis命令，Lua指令碼使用redis.call或者redis.pcall函數執行一個Redis命令，需要以下步驟：
- Lua壞境將redis.call或者redis.pcall函數想要執行的命令傳給偽用戶端。
- 偽用戶端將指令碼想要執行的命令傳給命令執行器。
- 命令執行器執行偽用戶端傳給它的命令，並將命令的執行結果返回給用戶端。
- 偽用戶端接收命令執行器返回的命令結果，並將這個命令結果返回給Lua壞境。
- Lua壞境在接收到命令結果之後，將該結果返回給redis.call或者redis.pcall。
- 接收到結果的redis.call或redis.pcall函數將命令結果作為函數返回值返回給指令碼的調用者。
lua_scripts字典作為一個屬性存放在redisServer結構中，字典的鍵為Lua指令碼的SHA1校正和，而字典的值時SHA1校正和對應的Lua指令碼，Redis伺服器會將所有被EVAL命令執行過的Lua指令碼，以及所有被SCRIPT LOAD命令載入過的Lua指令碼都儲存到lua_scripts字典裡面。
EVAL命令EVAL命令實現分為三個步驟：
1、根據用戶端給定的Lua指令碼，在Lua壞境中定義一個Lua函數，函數名稱由f_首碼加上指令碼的SHA1校正和（四十個字元）組成，函數體為指令碼本身。
2、將用戶端給定的指令碼儲存到lua_scripts字典中。
3、執行步驟1中定義的函數，以此來執行用戶端給定的Lua指令碼，過程如下：
- 將EVAL命令中傳入的鍵名參數和指令碼參數分別儲存到KEYS數組和ARGV數組，然後將這兩個數組作為全域變數傳入到Lua壞境裡面。
- 為Lua壞境裝載逾時處理鉤子，這個鉤子可以在指令碼出現逾時啟動並執行情況時，讓用戶端通過SCRIPT KILL命令停止指令碼，或者通過SHUTDOWN命令直接關閉伺服器。
- 執行指令碼函數。
- 移除之前裝載的逾時鉤子。
- 將執行指令碼函數所得的結果儲存到用戶端狀態的輸出緩衝區中，等待伺服器將結果返回給用戶端。
- 對Lua壞境執行記憶體回收操作。
EVALSHA命令
每個被EVAL命令成功執行過的Lua指令碼都會產生一個SHA1校正和，為了節省頻寬資源，在下次執行相同的指令碼時可以使用EVALSHA命令，把之前產生的校正和傳到伺服器就可以了。
指令碼管理命令
- SCRIPT FLUSH，用於清除伺服器中所有和Lua指令碼有關的資訊：釋放lua_scripts字典，關閉現有的Lua壞境並重新建立一個Lua壞境。
- SCRIPT EXISTS，根據輸入的SHA1校正和，檢查對應的指令碼是否存在，通過檢查lua_scripts字典。
- SCRIPT LOAD，將指令碼儲存到lua_scripts字典中。
- SCRIPT KILL，當伺服器設定了lua-time-limit配置選項，每次執行lua指令碼之前，伺服器都會在Lua壞境中設定一個逾時鉤子，逾時鉤子在指令碼運行期間檢查，一旦指令碼的執行時間超過了lua-time-limit，鉤子將定期在指令碼啟動並執行間隙中查看是否有SCRIPT KILL或者SHUTDOWN命令。如果逾時的指令碼未執行過任何寫入操作，那麼用戶端可以通過SCRIPT KILL來指示伺服器停止執行這個指令碼，如果執行過寫入操作，用戶端只能用SHUTDOWN nosave命令停止伺服器，防止不合法的資料寫入資料庫。
指令碼複製當伺服器運行在複製模式下，EVAL命令、SCRIPT FLUSH、SCRIPT LOAD、EVALSHA命令會複製給從伺服器，除了EVALSHA命令，其它三個命令都是直接傳播，在傳播EVALSHA命令，先檢查從伺服器是否載入過這個命令，如果載入過了直接複製，如果未載入過先要把EVALSHA命令轉換成等價的EVAL命令再傳播。
《Redis設計與實現》學習筆記-Lua指令碼
