redi事务机制

Posted 2020-12-20 foreverlearnxzw

事务的acid特性：原子性，一致性，隔离性，持久性

原子性的要求很明确，就是一个事务中的多个操作必须都完成，或者都不完成。

一致性：指数据库中的数据在事务执行前后是一致的。

隔离性：它要求数据库在执行一个事务时，其它操作无法存取到正在执行事务访问的数据。

持久性：数据库执行事务后，数据的修改要被持久化保存下来。当数据库重启后，数据的值需要是被修改后的值

redis提供了multi与exec两个命令来完成事务的三个步骤：
第一步：客户端要使用一个命令显式地表示一个事务的开启。在 Redis 中，这个命令就是 MULTI。

第二步：客户端把事务中所要执行的操作发送给服务器端，但是这些命令会被redis实例放入一个命令队列，不会立即执行

第三部：客户端向服务器端发送提交事务的命令，让数据库实际执行第二步中发送的具体操作。Redis 提供的 EXEC 命令就是执行事务提交的。当服务器端收到 EXEC 命令后，才会实际执行命令队列中的所有命令。

redis对原子性保证的探究：
Redis 对事务原子性属性的保证情况：

命令入队时就报错，会放弃事务执行，保证原子性（比如执行redis不提供的命令，在入队时报错，但是不影响后续命令操作的添加。最后执行时放弃执行）；

命令入队时没报错，实际执行时报错，不保证原子性（操作元素的命令不正确，对于String使用Lpop 则入队时不报错，执行时出错，但是后续命令如果正确可以执行，遮掩就保证不了原子性）；

EXEC 命令执行时实例故障，如果开启了 AOF 日志，可以保证原子性（如果开启aof后，执行失败后的事务，只有部分操作会被记录到aof日志中，使用redis-check-aof工具可以检查aof日志，将之前完成的操作进行去除，这样的的话，使用aof恢复实例后，事务操作就不会被执行，从而保证了原子性）。

redis对一致性保证的探究：
事务的一致性保证会受到错误命令、实例故障的影响。

情况一：命令入队时就报错在这种情况下，事务本身就会被放弃执行，所以可以保证数据库的一致性。

情况二：命令入队时没报错，实际执行时报错在这种情况下，有错误的命令不会被执行，正确的命令可以正常执行，也不会改变数据库的一致性。

情况三：EXEC 命令执行时实例发生故障在这种情况下，实例故障后会进行重启，这就和数据恢复的方式有关了，我们要根据实例是否开启了 RDB 或 AOF 来分情况讨论下。
如果我们没有开启 RDB 或 AOF，那么，实例故障重启后，数据都没有了，数据库是一致的。

如果我们使用了 RDB 快照，因为 RDB 快照不会在事务执行时执行，所以，事务命令操作的结果不会被保存到 RDB 快照中，使用 RDB 快照进行恢复时，数据库里的数据也是一致的（这里的一致是指故障前后的数据库状态）。

AOF 日志，而事务操作还没有被记录到 AOF 日志时，实例就发生了故障，那么，使用 AOF 日志恢复的数据库数据是一致的。如果只有部分操作被记录到了 AOF 日志，我们可以使用 redis-check-aof 清除事务中已经完成的操作，数据库恢复后也是一致的。

redis对隔离性保证的探究：

事务的隔离性保证，会受到和事务一起执行的并发操作的影响。而事务执行又可以分成命令入队（EXEC 命令执行前）和命令实际执行（EXEC 命令执行后）两个阶段，所以，我们就针对这两个阶段，分成两种情况来分析：

并发操作在 EXEC 命令前执行，此时，隔离性的保证要使用 WATCH 机制来实现，否则隔离性无法保证；（在进行事务执行之前，使用watch监听数据，在执行事务之前的命令入队阶段（该命令操作watch的数据），如果有并发线程对数据

有修改操作，那么watch就会知道数据被其他线程而修改，而放弃本次事务）

并发操作在 EXEC 命令后执行，此时，隔离性可以保证。很容易想到

redis对持久性保证的探究：
持久性因为 Redis 是内存数据库，所以，数据是否持久化保存完全取决于 Redis 的持久化配置模式。如果 Redis 没有使用 RDB 或 AOF，那么事务的持久化属性肯定得不到保证。如果 Redis 使用了 RDB 模式，那么，在一个事务执行后，而下一次的 RDB 快照还未执行前，如果发生了实例宕机，这种情况下，事务修改的数据也是不能保证持久化的。如果 Redis 采用了 AOF 模式，因为 AOF 模式的三种配置选项 no、everysec 和 always 都会存在数据丢失的情况，所以，事务的持久性属性也还是得不到保证。所以，不管 Redis 采用什么持久化模式，事务的持久性属性是得不到保证的。

扩展：

在使用redis时建议结合pipeline使用，上面的是使用multi开启一个事务，然后客户端收到一个ok，然后客户端逐个逐个的将命令发送给redis实例，客户端依次收到queued，最后客户端发送exec‘执行事务，这样消息每次都是一来一回，效率比较低，而且在这多次操作之间，别的客户端可能就把原本准备修改的值给修改了，所以无法保证隔离性。而使用pipeline是一次把所有命令都打包好发送给服务器端，服务器端全部处理完成后返回，这样减少了来回网络io次数，提高操作性能，而是一次性发送所有命令

到服务器端，服务器端在处理过程中，是不会被其他请求打断的，因为redis是单线程，这本身就保证了隔离性。（对于exec的理解，是redis实例执行队列中的操作，在执行过程中不会被其他请求打断，所以并发操作的影响如上面所说是在队列中时，其他线程对事务数据的修改，造成无法保证隔离性）

开启multi后，逐条逐条命令入队，然后exec执行，也就是使用了事务命令，但没有配合 Pipeline 使用，如果想要保证隔离性，需要使用 WATCH 命令保证。但是使用了 Pipeline 一次发送所有命令到服务端，那么就不需要使用 WATCH 了，因为服务端本身就保证了隔离性。

事务 + Pipeline 就可以保证隔离性，那 WATCH 还有没有使用的必要？答案是有的。对于一个资源操作为读取、修改、写回这种场景，如果需要保证事物的原子性，此时就需要用到 WATCH 了。例如想要修改某个资源，但需要事先读取它的值，再基于这个值进行计算后写回，如果在这期间担心这多条命令中的某个资源被其他客户端修改了，那么可以先 WATCH 这个资源，再读取、修改、写回，如果写回成功，说明其他客户端在这期间没有修改这个资源。如果其他客户端修改了这个资源，那么这个事务操作会返回失败，不会执行，从而保证了原子性。（这个例子也可以用pipeline）