03. Redis 高级特性

Posted 2021-07-07 IT BOY

05 Redis 高级特性

Pt1 发布订阅

介绍LIST的时候我们说过，可以使用LIST实现生产者消费者队列，但是如果要实现一对多的发布订阅模式，则无法实现。为此Redis提供了基于channel的发布订阅功能。

消息的发布者可以向指定的channel发布消息，订阅者可以订阅一个或者多个channel，只要消息到达了channel，所有订阅者都会受到这条消息。

 127.0.0.1:6379> subscribe channel1
 Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
 1) "subscribe"
 2) "channel1"
 3) (integer) 1
 1) "message"
 2) "channel1"
 3) "hahah"

Redis还支持正则匹配的方式订阅channel，可以使用?和*模糊匹配。

• ?代表一个字符

• *代表0个或多个字符

 # 订阅者使用psubscribe模糊匹配
 127.0.0.1:6379> psubscribe chn*
 Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
 1) "psubscribe"
 2) "chn*"
 3) (integer) 1
 ​
 # 以下是发布消息后的处理
 1) "pmessage"
 2) "chn*"
 3) "chnn"
 4) "hahah"
 ​
 # 发布消息
 127.0.0.1:6379> publish chnn hahah
 (integer) 1

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Pt2 事务

Redis请求命令是单线程的，单个命令是原子的，要么成功要么失败，不存在并发的数据一致性问题。但是，多个命令或者多个客户端并发操作命令时，就需要通过处理来解决并发产生的问题。Redis提供了事务的功能，可以把一组命令一起执行，事务有3个特点：

• 按进入队列的顺序执行命令

• 不会受到其他客户端的请求影响

• 事务不能嵌套，多个multi命令效果一样

Redis的事务涉及到四个命令：

• multi 开启事务：通过multi命令开启事务，客户端可以继续向服务端发送任意多条命令，这些命令不会立即被执行，而是放到一个队列中；

• exec 执行任务：队列中的命令被有序执行，不执行exec，所有命令都不会被执行；

• discard 取消事务：取消队列中命令执行；

• watch 监视事务执行：监视key的修改，后面会详说；

但是Redis的事务没有那么完美，和关系型数据库事务并不相同。我们知道，事务是保证一组命令执行的原子性，要么全部成功，要么全部失败，部分成功的命令必须回滚以保证原子性，但是Redis没有这么做，它没有回滚。

• 当exec命令执行前发生异常时，将取消事务执行，队列中所有命令都不会得到执行；

• 当exec命令执行后发生异常时，已经执行的命令不会被回滚，错误的命令将不会被执行；

 # 场景1：exec命令执行前发生异常
 # 开启事务
 127.0.0.1:6379> multi
 OK
 ​
 # 执行命令
 127.0.0.1:6379> set name lucas
 QUEUED
 127.0.0.1:6379> set age 30
 QUEUED
 ​
 # hset少一个value参数，所以命令是错误的
 127.0.0.1:6379> hset job huifu
 (error) ERR wrong number of arguments for 'hset' command
 ​
 # 执行事务显示因为命令错误事务已经被取消
 127.0.0.1:6379> exec
 (error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.

 # 场景2：exec命令执行后发生异常
 127.0.0.1:6379> multi
 OK
 127.0.0.1:6379> set name lucas
 QUEUED
 ​
 # 命令和上一个key值冲突了
 127.0.0.1:6379> hset name chinese chen
 QUEUED
 127.0.0.1:6379> set age 30
 QUEUED
 ​
 # 执行结果
 127.0.0.1:6379> exec
 1) OK
 2) (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
 3) OK

所以Redis的事务和通常理解的不太一致，我们很难使用Redis的事务机制来实现原子性，保证数据一致性。Redis官方也对此做出了解释：

However there are good opinions for this behavior:

• Redis commands can fail only if called with a wrong syntax (and the problem is not detectable during the command queueing), or against keys holding the wrong data type: this means that in practical terms a failing command is the result of a programming errors, and a kind of error that is very likely to be detected during development, and not in production.

• Redis is internally simplified and faster because it does not need the ability to roll back.

主要意思就是说，在上面两种场景下，都是代码产生的问题，可以在生产上线前解决，Redis不愿意为这种错误做出牺牲，希望保持内部命令执行的简单和快速。

Watch命令

当多个客户端更新变量的时候，数据可能会被别的客户端修改，带来非预期的结果，所以Redis提供了Watch命令。

Watch命令和CAS乐观锁行为一致，当使用watch时，会记录key对应的值，在更新key值时，会和watch时的数据进行比较，只有相同的时候才能更新成功。

如果开启事务之后，至少有一个被监视的key在exec执行之前被修改，整个事务都会被取消。

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Pt3 Lua脚本

Lua是一种轻量级脚本语言，和存储过程有点类似。使用Lua脚本执行Redis有以下好处：

• 一次发送多个命令，减少网络开销；

• Redis将整个脚本作为整体执行，不会被其他请求打断，具备原子性；

• 复杂的组合命令，可以放在文件中，后续还可以复用；

Pt3.1 在Redis中调用Lua脚本

使用eval语法可以在Redis客户端执行Lua命令，命令格式如下：

eval luaScript keyNum [key1 key2 key3 ...][value1 value2 value3]

• eval代表执行Lua语言的命令；

• luaScript代表Lua语言脚本的内容；

• key-num表示参数中有多少个key，需要注意的是Redis中key是从1开始的，如果没有key的参数，那么写0。

• [key1 key2 key3…]是key作为参数传递给Lua语言，也可以不填，但是需要和key-num的个数对应起来。

• [value1 value2 value3]这些参数传递给Lua语言，他们是可填可不填的。

 127.0.0.1:6379> eval "return 'Hello world'" 0
 "Hello world"

Pt3.2 在Lua脚本中执行Redis命令

使用redis.call在Lua脚本中执行Redis命令，语法如下：

redis.call(command, key, [param1, param2...])

• command是命令，包括set，get..

• key是被操作的键

• param1,param2 代表给key的参数

 127.0.0.1:6379> eval "return redis.call('set', 'name','lucas')" 0
 OK
 127.0.0.1:6379> get name
 "lucas"

当然直接执行脚本看起来没有什么优势，而且很复杂，我们可以将多个命令放到文件中执行：

 # 查看Lua文件内容
 root@fa0050d94745:/data# ls
 appendonly.aof  appendonly.aof.aaa  backup.db  dump.rdb  redis.lua  root  zzh
 root@fa0050d94745:/data# cat redis.lua
 redis.call('set', 'age', '45')
 return redis.call('get', 'age')
 ​
 # 执行Redis Lua文件
 root@fa0050d94745:/data# redis-cli --eval redis.lua 0
 "45"

Pt3.3 Redis+Lua案例

用Lua脚本实现一个简单的限流操作，限制每个用户在X秒内只能访问Y次

脚本如下：

 root@fa0050d94745:/data# cat redisIpLimit.lua
 local num = redis.call('incr', KEYS[1])
 if tonumber(num) == 1 then
         redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[1])
         return 1
 elseif tonumber(num) > tonumber(ARGV[2]) then
         return 0
 else
         return 1
 end

测试结果（6秒钟不超过5次）：

 root@fa0050d94745:/data# redis-cli --eval redisIpLimit.lua app:ip:limit:127.0.0.1 , 6 5
 (integer) 1
 root@fa0050d94745:/data# redis-cli --eval redisIpLimit.lua app:ip:limit:127.0.0.1 , 6 5
 (integer) 1
 root@fa0050d94745:/data# redis-cli --eval redisIpLimit.lua app:ip:limit:127.0.0.1 , 6 5
 (integer) 1
 root@fa0050d94745:/data# redis-cli --eval redisIpLimit.lua app:ip:limit:127.0.0.1 , 6 5
 (integer) 1
 root@fa0050d94745:/data# redis-cli --eval redisIpLimit.lua app:ip:limit:127.0.0.1 , 6 5
 (integer) 1
 root@fa0050d94745:/data# redis-cli --eval redisIpLimit.lua app:ip:limit:127.0.0.1 , 6 5
 (integer) 0
 root@fa0050d94745:/data# redis-cli --eval redisIpLimit.lua app:ip:limit:127.0.0.1 , 6 5
 (integer) 0

Pt3.4 Lua脚本缓存

如果Lua脚本过大，每次调用脚本都需要把整个脚本传给Redis服务端，网络开销会非常大。为了解决这个为题，Redis可以缓存Lua脚本并声称SHA1摘要码，以后可以直接通过摘要码来执行Lua脚本。

• 通过script load命令生成摘要

• evalsha 执行缓存的摘要脚本

 127.0.0.1:6379> script load "return 'Hello World'"
 "470877a599ac74fbfda41caa908de682c5fc7d4b"
 127.0.0.1:6379> evalsha "470877a599ac74fbfda41caa908de682c5fc7d4b" 0
 "Hello World"