Redis——Redis的事务

亦凉 2023-01-13 10:45 96阅读 0赞

### Redis的事务 ###

*  事务简介
 *  事务基本操作
 *   *  事务的工作流程
     *  事务的注意事项
 *  锁
 *   *  基于特定条件的事务执行
     *  分布式锁
     *  死锁

# 事务简介 #

事务是一个数据库必备的元素，对于redis也不例外，对于一个传统的关系型数据库来说，数据库事务满足ACID四个特性

**ACID**

*  原子性（Atomicity）  
    原子性是指事务是一个不可分割的工作单位，事务中的操作要么都发生，要么都不发生。
 *  一致性（Consistency）  
    事务前后数据的完整性必须保持一致。
 *  隔离性（Isolation）  
    事务的隔离性是多个用户并发访问数据库时，数据库为每一个用户开启的事务，不能被其他事务的操作数据所干扰，多个并发事务之间要相互隔离。
 *  持久性（Durability）  
    持久性是指一个事务一旦被提交，它对数据库中数据的改变就是永久性的，接下来即使数据库发生故障也不应该对其有任何影响

对于redis来说，只满足其中的：  
一致性（Consistency）和隔离性（Isolation）两个特性，其他特性是不支持的。

# 事务基本操作 #

*  开启事务
    
    > multi  
    > 作用：设定事务的开启位置，此指令执行后，后续的所有指令均加入到事务中
 *  执行事务
    
    > exec  
    > 作用：设定事务的结束位置，同时执行事务。与multi成对出现，成对使用

注意：加入事务的命令暂时进入到任务队列中，并没有立即执行，只有执行exec命令才开始执行

开启两个redis客户端
    127.0.0.1:6379> set name maomao
    OK
    
    在另一个客户端set name
    127.0.0.1:6379> set name zhuzhu
    OK
    
    在第一个客户端name变化了 这就是因为没有事务造成的现象
    127.0.0.1:6379> get name
    "zhuzhu"
    
    	
    127.0.0.1:6379> multi	# 开启事务
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> set name maomao
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> set age 19
    QUEUED
    
    另一台客户端
    127.0.0.1:6379> set name zhuzhu
    OK
    
    127.0.0.1:6379(TX)> exec		# 执行
    1) OK
    2) OK
    127.0.0.1:6379> get name	# 最后的值还是maomao
    "maomao"

**事务定义过程中发现出了问题**

*  取消事务
    
    > discard  
    > 终止当前事务的定义，发生在multi之后，exec之前

127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> set num 100
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> get age
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> set nums 200
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> discard		# 取消事务
    OK
    127.0.0.1:6379> exec
    (error) ERR EXEC without MULTI

## 事务的工作流程 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhbnRldmVubA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

1.  识别到普通指令 则直接执行
2.  MULTI开启事务 创建队列
3.  识别到普通指令则将指令加入队列（QUEUED）
4.  识别到EXEC 则执行事务 返回执行结果
5.  识别到DISCARD 则销毁队列

## 事务的注意事项 ##

**定义事务的过程中，命令格式输入错误怎么办**

*  语法错误  
    指命令书写格式有误
 *  处理结果  
    如果定义的事务中所包含的命令存在语法错误，整体事务中所有命令均不会执行。包括那些语法正确的命令。

编译型异常（代码有问题！ 命令有错！），事务中所有的命令都不会被执行！

127.0.0.1:6379> flushdb
    OK
    127.0.0.1:6379> keys *
    (empty array)
    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> set name xiaotian
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> get name
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> qst name pancheng
    (error) ERR unknown command `qst`, with args beginning with: `name`, `pancheng`, 
    127.0.0.1:6379(TX)> exec	# 如果事务中存在语法错误 全部命令都不执行
    (error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.

**定义事务的过程中，命令执行出现错误怎么办**

*  运行错误  
    指命令格式正确，但是无法正确的执行。例如对list进行incr操作
 *  处理结果  
    能够正确运行的命令会执行，运行错误的命令不会被执行

运行时异常（1/0），如果事务中有存在语法性错误，那么执行命令的时候，其他命令是可以正常执行的，错误命令抛出异常！

127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> set name xiaotian
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> get name
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> set name pancheng
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> get name
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> lpush name a b c
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> set name zhu
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> get name
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> exec# 语法性错误，那么执行命令的时候，其他命令是可以正常执行的
    1) OK
    2) "xiaotian"
    3) OK
    4) "pancheng"
    5) (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
    6) OK
    7) "zhu"
    
    例2：
    127.0.0.1:6379> set k1 'hello'	
    OK
    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> incr k1
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> set k2 v2
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> set k3 v3
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> get k3
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> exec	# 虽然第一条命令报错了，但是依旧正常执行成功了！
    1) (error) ERR value is not an integer or out of range	
    2) OK
    3) OK
    4) "v3"
    127.0.0.1:6379> get k1
    "hello"
    127.0.0.1:6379> get k3
    "v3"

注意：已经执行完毕的命令对应的数据不会自动回滚，需要程序员自己在代码中实现回滚。

**手动进行事务回滚**

*  记录操作过程中被影响的数据之前的状态
    
     *  单数据：string
     *  多数据：hash、list、set、zset
 *  设置指令恢复所有的被修改的项
    
     *  单数据：直接set（注意周边属性，例如时效）
     *  多数据：修改对应值或整体克隆复制

# 锁 #

## 基于特定条件的事务执行 ##

天猫双11热卖过程中，对已经售罄的货物追加补货，4个业务员都有权限进行补货。补货的操作可能是一系列的操作，牵扯到多个连续操作，如何保障不会重复操作？

**加粗样式**

*  多个客户端有可能同时操作同一组数据，并且该数据一旦被操作修改后，将不适用于继续操作
 *  在操作之前锁定要操作的数据，一旦发生变化，终止当前操作

**解决方案**

*  对 key 添加监视锁，在执行exec前如果key发生了变化，终止事务执行
    
    > watch key1 \[key2……\]
 *  取消对所有 key 的监视
    
    > unwatch

127.0.0.1:6379> set name xiaotian
    OK
    127.0.0.1:6379> set age 18
    OK
    127.0.0.1:6379> watch name
    OK
    127.0.0.1:6379> get name
    "xiaotian"
    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> set aa bb
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> get aa
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> exec
    1) OK
    2) "bb"
    
    这次监控两个key 并且去另一个客户端更改key的值
    127.0.0.1:6379> watch name age
    OK
    127.0.0.1:6379> multi 
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> set aa cc
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> get aa
    QUEUED
    
    这里去另一个客户端
    127.0.0.1:6379> set name zhuzhu
    OK
    127.0.0.1:6379> get name
    "zhuzhu"
    
    结构发现事务直接为nil
    127.0.0.1:6379(TX)> exec
    (nil)
    
    说明watch的key被改变 接下来的事务执行失败
    
    
    在事务里不能执行watch
    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> watch name
    (error) ERR WATCH inside MULTI is not allowed

watch的key不能改变 是 能否执行下一个事务的条件，和下一个事务里面执行的内容无关

*  redis 应用基于状态控制的批量任务执行

## 分布式锁 ##

天猫双11热卖过程中，对已经售罄的货物追加补货，且补货完成。客户购买热情高涨，3秒内将所有商品购买完毕。本次补货已经将库存全部清空，如何避免最后一件商品不被多人同时购买？【超卖问题】

*  使用watch监控一个key有没有改变已经不能解决问题，此处要监控的是具体数据
 *  虽然redis是单线程的，但是多个客户端对同一数据同时进行操作时，如何避免不被同时修改？

**解决方案**

*  使用 setnx 设置一个公共锁
    
    > setnx lock-key value
 *  利用setnx命令的返回值特征，有值则返回设置失败，无值则返回设置成功
    
     *  对于返回设置成功的，拥有控制权，进行下一步的具体业务操作
     *  对于返回设置失败的，不具有控制权，排队或等待
 *  操作完毕通过del操作释放锁

127.0.0.1:6379> set num 10
    OK
    127.0.0.1:6379> setnx lock-num 1	# 添加一个锁
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> incrby num -1
    (integer) 9
    
    在解锁之前 其他客户端是不能使用这个锁的
    127.0.0.1:6379> setnx lock-num 1
    (integer) 0		# 返回0 失败
    
    127.0.0.1:6379> del lock-num	# 释放锁
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> get num
    "9"
    
    其他客户端方能使用
    127.0.0.1:6379> setnx lock-num 1
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> incrby num -1
    (integer) 8
    127.0.0.1:6379> del lock-num
    (integer) 1

*  注意：上述解决方案是一种设计概念，依赖规范保障，具有风险性

## 死锁 ##

依赖分布式锁的机制，某个用户操作时对应客户端宕机，且此时已经获取到锁。如何解决？

*  由于锁操作由用户控制加锁解锁，必定会存在加锁后未解锁的风险
 *  需要解锁操作不能仅依赖用户控制，系统级别要给出对应的保底处理方案

**解决方案**

*  使用 expire 为锁key添加时间限定，到时不释放，放弃锁
    
    > expire lock-key second  
    > pexpire lock-key milliseconds

127.0.0.1:6379> set name xiaotian
    OK
    127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> expire lock-name 20		# 设置一个有效期
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> get name
    "xiaotian"
    127.0.0.1:6379> del lock-name
    (integer) 1
    
    127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> expire lock-name 20
    (integer) 1
    
    在有效期内其他客户端无法获取锁
    127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
    (integer) 0
    127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
    (integer) 0
    127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1
    (integer) 0
    127.0.0.1:6379> setnx lock-name 1	# 到期之后就能获取锁了
    (integer) 1

*  由于操作通常都是微秒或毫秒级，因此该锁定时间不宜设置过大。具体时间需要业务测试后确认。
    
     *  例如：持有锁的操作最长执行时间127ms，最短执行时间7ms。
     *  测试百万次最长执行时间对应命令的最大耗时，测试百万次网络延迟平均耗时
     *  锁时间设定推荐：最大耗时*120%+平均网络延迟*110%
     *  如果业务最大耗时<<网络平均延迟，通常为2个数量级，取其中单个耗时较长即可

在实验一个小案例

事务
    
    127.0.0.1:6379> set money 100	# 有100块钱
    OK
    127.0.0.1:6379> set out 0
    OK
    127.0.0.1:6379> watch money		# 监视 money 对象
    OK
    127.0.0.1:6379> multi	# 事务正常结束，数据期间没有发生变动，这个时候就正常执行成功！
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> DECRBY money 20		# 减少20
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> INCRBY out 20		# 支出就增加20
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> exec
    1) (integer) 80
    2) (integer) 20
    
    乐观锁
    127.0.0.1:6379> watch money		# 监视 money
    OK
    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> decrby money 10
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> INCRBY out 10
    QUEUED
    
    127.0.0.1:6379> set money 1000	# 其他客户端
    
    127.0.0.1:6379(TX)> exec	# 执行之前，另外一个线程，修改了我们的值，这个时候，就会导致事务执行失败
    (nil)
    
    如果修改失败，获取最新的值就行了
    127.0.0.1:6379> unwatch		# 如果发现事务执行失败，就先解锁
    OK
    127.0.0.1:6379> watch money		# 获取最新的值，再次监视，select version
    OK
    127.0.0.1:6379> multi
    OK
    127.0.0.1:6379(TX)> DECRBY money 10
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> INCRBY out 10
    QUEUED
    127.0.0.1:6379(TX)> exec	# 比对监视的值是否发生了变化，如果没有变化，那么可以执行成功，如果变化了就执行失败
    1) (integer) 990
    2) (integer) 30

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