Redis教程(八)：事務詳解

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人員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不會再為其它用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/復原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，如果用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用戶端執行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會通過調用系統函數write將該事務內的所有寫操作在本次調用中全部寫入磁碟。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，該工具可以協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復原。修複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	傳回值
MULTI		用於標記事務的開始，其後執行的命令都將被存入命令隊列，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隊列中的所有命令，同時將當前串連的狀態恢複為正常狀態，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命令才能執行事務隊列中的所有命令，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回複。
DISCARD		復原事務隊列中的所有命令，同時再將當前串連的狀態恢複為正常狀態，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
WATCHkey [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將放棄執行該事務隊列中的所有命令。	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、命令樣本：

1. 事務被正常執行：

#在Shell命令列下執行Redis的用戶端工具。    /> redis-cli    #在當前串連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隊列。    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隊列。    redis 127.0.0.1:6379> incr t2    QUEUED    #執行事務命令隊列中的所有命令，從結果可以看出，隊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類型的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，由於該值是字串類型，而lpop命令僅能用於List類型，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    #擷取鍵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"

3. 復原事務：

 #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    #查看鍵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應答以通知調用者事務執行失敗。例如，我們再次假設Redis中並未提供incr命令來完成索引值的原子性遞增，如果要實現該功能，我們只能自行編寫相應的代碼。其偽碼如下：

val = GET mykey      val = val + 1      SET mykey $val

以上代碼只有在單串連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用戶端在同時執行該段代碼，那麼就會出現多線程程式中經常出現的一種錯誤情境--競態爭用(race condition)。比如，用戶端A和B都在同一時刻讀取了mykey的原有值，假設該值為10，此後兩個用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。為瞭解決類似的問題，我們需要藉助WATCH命令的協助，見如下代碼：

WATCH mykey      val = GET mykey      val = val + 1      MULTI      SET mykey $val      EXEC

和此前代碼不同的是，新代碼在擷取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，這樣就可以有效保證每個串連在執行EXEC之前，如果當前串連擷取的mykey的值被其它串連的用戶端修改，那麼當前串連的EXEC命令將執行失敗。這樣調用者在判斷傳回值後就可以獲悉val是否被重新設定成功。

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