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  • 位置: redis 中文手册 -> redis 功能命令

    事务(transactions)

    事务可以一次执行多个命令,并且带有以下两个重要的保证:

    • 事务是一个单独的隔离操作:事务中的所有命令都会序列化、按顺序地执行。事务在执行的过程中,不会被其他客户端发送来的命令请求所打断。
    • 事务是一个原子操作:事务中的命令要么全部被执行,要么全部都不执行。

    EXEC命令负责触发并执行事务中的所有命令:

    • 如果客户端在使用MULTI开启了一个事务之后,却因为断线而没有成功执行EXEC,那么事务中的所有命令都不会被执行。
    • 如果客户端成功在开启事务之后执行EXEC,那么事务中的所有命令都会被执行。

    当使用 AOF 方式做持久化的时候,Redis 会使用单个 write(2)命令将事务写入到磁盘中。

    然而,如果 Redis 服务器因为某些原因被管理员杀死,或者遇上某种硬件故障,那么可能只有部分事务命令会被成功写入到磁盘中。

    如果 Redis 在重新启动时发现 AOF 文件出了这样的问题,那么它会退出,并汇报一个错误。

    使用redis-check-aof程序可以修复这一问题:它会移除 AOF 文件中不完整事务的信息,确保服务器可以顺利启动。

    Redis 还可以通过乐观锁(optimistic lock)实现 CAS (check-and-set)操作。


    一个事务从开始到执行会经历以下三个阶段:

    • 开始事务。
    • 命令入队。
    • 执行事务。

    MULTIEXECDISCARDWATCH是 Redis 事务相关的命令。

    • MULTI:开启事务,redis会将后续的命令逐个放入队列中,然后使用EXEC命令来原子化执行这个命令系列。
    • EXEC:执行事务中的所有操作命令。
    • DISCARD:取消事务,放弃执行事务块中的所有命令。
    • WATCH:监视一个或多个key,如果事务在执行前,这个key(或多个key)被其他命令修改,则事务被中断,不会执行事务中的任何命令。
    • UNWATCH:取消WATCH对所有key的监视。


    用法

    MULTI 命令用于开启一个事务,它总是返回OK。 MULTI 执行之后,客户端可以继续向服务器发送任意多条命令,这些命令不会立即被执行,而是被放到一个队列中,当 EXEC命令被调用时,所有队列中的命令才会被执行。

    另一方面,通过调用 DISCARD ,客户端可以清空事务队列,并放弃执行事务。

    以下是一个事务例子,它原子地增加了foobar两个键的值:

    redis> MULTI
    OK
    
    redis> INCR foo
    QUEUED
    
    redis> INCR bar
    QUEUED
    
    redis> EXEC
    1) (integer) 1
    2) (integer) 1
    

    EXEC 命令的回复是一个数组,数组中的每个元素都是执行事务中的命令所产生的回复。其中,回复元素的先后顺序和命令发送的先后顺序一致。

    当客户端处于事务状态时,所有传入的命令都会返回一个内容为QUEUED的状态回复(status reply),这些被入队的命令将在 EXEC 命令被调用时执行。

    事务中的错误

    使用事务时可能会遇上以下两种错误:

    • 事务在执行 EXEC 之前,入队的命令可能会出错。比如说,命令可能会产生语法错误(参数数量错误,参数名错误,等等),或者其他更严重的错误,比如内存不足(如果服务器使用maxmemory设置了最大内存限制的话)。
    • 命令可能在 EXEC 调用之后失败。举个例子,事务中的命令可能处理了错误类型的键,比如将列表命令用在了字符串键上面,诸如此类。

    对于发生在 EXEC 执行之前的错误,客户端以前的做法是检查命令入队所得的返回值:如果命令入队时返回QUEUED,那么入队成功;否则,就是入队失败。如果有命令在入队时失败,那么大部分客户端都会停止并取消这个事务。

    不过,从 Redis 2.6.5 开始,服务器会对命令入队失败的情况进行记录,并在客户端调用 EXEC 命令时,拒绝执行并自动放弃这个事务。

    在 Redis 2.6.5 以前,Redis 只执行事务中那些入队成功的命令,而忽略那些入队失败的命令。而新的处理方式则使得在流水线(pipeline)中包含事务变得简单,因为发送事务和读取事务的回复都只需要和服务器进行一次通讯。

    至于那些在 EXEC 命令执行之后所产生的错误,并没有对它们进行特别处理:即使事务中有某个/某些命令在执行时产生了错误,事务中的其他命令仍然会继续执行。

    从协议的角度来看这个问题,会更容易理解一些。以下例子中,LPOP 命令的执行将出错,尽管调用它的语法是正确的:

    Trying 127.0.0.1...
    Connected to localhost.
    Escape character is '^]'.
    MULTI
    +OK
    SET a 3
    abc
    +QUEUED
    LPOP a
    +QUEUED
    EXEC
    *2
    +OK
    -ERR Operation against a key holding the wrong kind of value
    

    EXEC 返回两条bulk-string-reply:第一条是OK,而第二条是-ERR。至于怎样用合适的方法来表示事务中的错误,则是由客户端自己决定的。

    最重要的是记住这样一条,即使事务中有某条/某些命令执行失败了,事务队列中的其他命令仍然会继续执行—— Redis 不会停止执行事务中的命令。

    以下例子展示的是另一种情况,当命令在入队时产生错误,错误会立即被返回给客户端:

    MULTI
    +OK
    INCR a b c
    -ERR wrong number of arguments for 'incr' command
    

    因为调用 INCR 命令的参数格式不正确,所以这个 INCR 命令入队失败。

    为什么 Redis 不支持回滚(roll back)

    如果你有使用关系式数据库的经验,那么“Redis 在事务失败时不进行回滚,而是继续执行余下的命令”这种做法可能会让你觉得有点奇怪。

    以下是这种做法的优点:

    • Redis 命令只会因为错误的语法而失败(并且这些问题不能在入队时发现),或是命令用在了错误类型的键上面:这也就是说,从实用性的角度来说,失败的命令是由编程错误造成的,而这些错误应该在开发的过程中被发现,而不应该出现在生产环境中。
    • 因为不需要对回滚进行支持,所以 Redis 的内部可以保持简单且快速。

    有种观点认为 Redis 处理事务的做法会产生 bug ,然而需要注意的是,在通常情况下,回滚并不能解决编程错误带来的问题。举个例子,如果你本来想通过 INCR 命令将键的值加上 1 ,却不小心加上了 2 ,又或者对错误类型的键执行了 INCR ,回滚是没有办法处理这些情况的。

    放弃事务

    当执行 DISCARD 命令时,事务会被放弃,事务队列会被清空,并且客户端会从事务状态中退出:

    redis> SET foo 1
    OK
    
    redis> MULTI
    OK
    
    redis> INCR foo
    QUEUED
    
    redis> DISCARD
    OK
    
    redis> GET foo
    "1"
    

    使用 check-and-set 操作实现乐观锁

    WATCH 命令可以为 Redis 事务提供 check-and-set (CAS)行为。

    被 WATCH 的键会被监视,并会发觉这些键是否被改动过了。如果有至少一个被监视的键在 EXEC 执行之前被修改了,那么整个事务都会被取消,EXEC 返回nil-reply来表示事务已经失败。

    举个例子,假设我们需要原子性地为某个值进行增 1 操作(假设 INCR 不存在)。

    首先我们可能会这样做:

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

    上面的这个实现在只有一个客户端的时候可以执行得很好。但是,当多个客户端同时对同一个键进行这样的操作时,就会产生竞争条件。举个例子,如果客户端 A 和 B 都读取了键原来的值,比如 10 ,那么两个客户端都会将键的值设为 11 ,但正确的结果应该是 12 才对。

    有了 WATCH ,我们就可以轻松地解决这类问题了:

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

    使用上面的代码,如果在 WATCH 执行之后,EXEC 执行之前,有其他客户端修改了mykey的值,那么当前客户端的事务就会失败。程序需要做的,就是不断重试这个操作,直到没有发生碰撞为止。

    这种形式的锁被称作乐观锁,它是一种非常强大的锁机制。并且因为大多数情况下,不同的客户端会访问不同的键,碰撞的情况一般都很少,所以通常并不需要进行重试。

    了解 WATCH

    WATCH 使得 EXEC 命令需要有条件地执行:事务只能在所有被监视键都没有被修改的前提下执行,如果这个前提不能满足的话,事务就不会被执行。

    WATCH 命令可以被调用多次。对键的监视从 WATCH 执行之后开始生效,直到调用 EXEC 为止。

    用户还可以在单个 WATCH 命令中监视任意多个键,就像这样:

    redis> WATCH key1 key2 key3
    OK
    

    当 EXEC 被调用时,不管事务是否成功执行,对所有键的监视都会被取消。

    另外,当客户端断开连接时,该客户端对键的监视也会被取消。

    使用无参数的 UNWATCH 命令可以手动取消对所有键的监视。对于一些需要改动多个键的事务,有时候程序需要同时对多个键进行加锁,然后检查这些键的当前值是否符合程序的要求。当值达不到要求时,就可以使用 UNWATCH 命令来取消目前对键的监视,中途放弃这个事务,并等待事务的下次尝试。

    使用 WATCH 实现 ZPOP

    WATCH 可以用于创建 Redis 没有内置的原子操作。举个例子,以下代码实现了原创的 ZPOP 命令,它可以原子地弹出有序集合中分值(score)最小的元素:

    WATCH zset
    element = ZRANGE zset 0 0
    MULTI
    ZREM zset element
    EXEC
    

    程序只要重复执行这段代码,直到 EXEC 的返回值不是nil-reply回复即可。

    Redis 脚本和事务

    从定义上来说,Redis 中的脚本本身就是一种事务,所以任何在事务里可以完成的事,在脚本里面也能完成。并且一般来说,使用脚本要来得更简单,并且速度更快。

    因为脚本功能是 Redis 2.6 才引入的,而事务功能则更早之前就存在了,所以 Redis 才会同时存在两种处理事务的方法。

    不过我们并不打算在短时间内就移除事务功能,因为事务提供了一种即使不使用脚本,也可以避免竞争条件的方法,而且事务本身的实现并不复杂。

    不过在不远的将来,可能所有用户都会只使用脚本来实现事务也说不定。如果真的发生这种情况的话,那么我们将废弃并最终移除事务功能。