Lua 解决 Redis 缓存原子性问题

Posted 2022-08-30 流楚丶格念

文章目录

• Redis 事务局限性
• • 原子性探究
• 解决原子性问题
• • 乐观锁保证原子性
  • lua 脚本保证原子性

Redis 事务局限性

redis的缺点主要体现在并不支持完整的ACID事务，redis虽然提供事务功能，但redis的事务和关系数据库的事务不可相类比，redis的事务只能保证隔离性和⼀致性，无法保证原子性与持久性。

持久性之前说了，我们还可以通过使用Redis持久化操作将数据丢失的时间窗口限制在1秒之内。

而对于原子性来说：在Redis中单条命令是原子性，这是由 redis 单线程保障的，但是多条命令能否用 multi + exec 来保证其原子性呢？

原子性探究

Redis 中 multi + exec 并不支持回滚，例如有初始数据如下

set a 1000
set b 1000
set c a

执行

multi
decr a
incr b
incr c
exec

执行 incr c 时，由于字符串不支持自增导致此条命令失败，但之前的两条命令并不会回滚

更为重要的是，multi + exec 中的读操作没有意义，因为读的结果并不能赋值给临时变量，用于后续的写操作，既然 multi + exec 中读没有意义，就无法保证读 + 写的原子性，例如有初始数据如下

set a 1000
set b 1000

假设 a 和 b 代表的是两个账户余额，现在获取旧值，执行转账 500 的操作：

get a /* 存入客户端临时变量 */
get b /* 存入客户端临时变量 */
/* 客户端计算出 a 和 b 更新后的值 */
multi
set a 500
set b 1500
exec

但如果在 get 与 multi 之间其它客户端修改了 a 或 b，会造成丢失更新

解决原子性问题

为了解决上面的问题，我们可以应用乐观锁或者lua脚本

乐观锁保证原子性

watch 命令，用来盯住 key（一到多个），如果这些 key 在事务期间：

• 没有被别的客户端修改，则 exec 才会成功

• 被别的客户端改了，则 exec 返回 nil

还是上一个例子

get a /* 存入客户端临时变量 */
get b /* 存入客户端临时变量 */
/* 客户端计算出 a 和 b 更新后的值 */
watch a b /* 盯住 a 和 b */
multi
set a 500
set b 1500
exec

此时，如果其他客户端修改了 a 和 b 的值，那么 exec 就会返回 nil，并不会执行两条 set 命令，此时客户端可以进行重试

lua 脚本保证原子性

Redis 支持 lua 脚本，能保证 lua 脚本执行的原子性，可以取代 multi + exec

例如要解决上面的问题，可以执行如下命令

eval "local a = tonumber(redis.call('GET',KEYS[1]));local b = tonumber(redis.call('GET',KEYS[2]));local c = tonumber(ARGV[1]); if(a >= c) then redis.call('SET', KEYS[1], a-c); redis.call('SET', KEYS[2], b+c); return 1;else return 0; end" 2 a b 500

• eval 用来执行 lua 脚本
• 2 表示后面用空格分隔的参数中，前两个是 key，剩下的是普通参数
• 脚本中可以用 keys[n] 来引用第 n 个 key，用 argv[n] 来引用第 n 个普通参数

其中双引号内部的即为 lua 脚本，格式化如下

local a = tonumber(redis.call('GET',KEYS[1]));
local b = tonumber(redis.call('GET',KEYS[2]));
local c = tonumber(ARGV[1]); 
if(a >= c) then 
    redis.call('SET', KEYS[1], a-c); 
    redis.call('SET', KEYS[2], b+c); 
    return 1;
else 
    return 0; 
end