【Redis】事务 (超详细)

• 一、概述
• 二、相关命令列表
  • 2.1 MULTI
  • 2.2 EXEC
  • 2.3 DISCARD
  • 2.4 WATCH key [key ...]
  • 2.5 UNWATCH
• 三、命令示例
  • 3.1 事务被正常执行
  • 3.2 事务中存在失败的命令
  • 3.3 回滚事务
• 四、WATCH命令和基于CAS的乐观锁
• 五、SpringBoot操作Redis事务
• 六、Redis集群事物

一、概述

• 和众多其它数据库一样，Redis作为NoSQL数据库也同样提供了事务机制。在Redis中，MULTI/EXEC/DISCARD/WATCH这四个命令是我们实现事务的基石。相信对有关系型数据库开发经验的开发者而言这一概念并不陌生，即便如此，我们还是会简要的列出Redis中事务的实现特征：
  • 1). 在事务中的所有命令都将会被串行化的顺序执行，事务执行期间，Redis不会再为其它客户端的请求提供任何服务，从而保证了事物中的所有命令被原子的执行。
  • 2). 和关系型数据库中的事务相比，在Redis事务中如果有某一条命令执行失败，其后的命令仍然会被继续执行。
  • 3). 我们可以通过MULTI命令开启一个事务，有关系型数据库开发经验的人可以将其理解为"BEGIN TRANSACTION"语句。在该语句之后执行的命令都将被视为事务之内的操作，最后我们可以通过执行EXEC/DISCARD命令来提交/回滚该事务内的所有操作。这两个Redis命令可被视为等同于关系型数据库中的COMMIT/ROLLBACK语句。
  • 4). 在事务开启之前，如果客户端与服务器之间出现通讯故障并导致网络断开，其后所有待执行的语句都将不会被服务器执行。然而如果网络中断事件是发生在客户端执行EXEC命令之后，那么该事务中的所有命令都会被服务器执行。
  • 5). 当使用Append-Only模式时，Redis会通过调用系统函数write将该事务内的所有写操作在本次调用中全部写入磁盘。然而如果在写入的过程中出现系统崩溃，如电源故障导致的宕机，那么此时也许只有部分数据被写入到磁盘，而另外一部分数据却已经丢失。Redis服务器会在重新启动时执行一系列必要的一致性检测，一旦发现类似问题，就会立即退出并给出相应的错误提示。此时，我们就要充分利用Redis工具包中提供的redis-check-aof工具，该工具可以帮助我们定位到数据不一致的错误，并将已经写入的部分数据进行回滚。修复之后我们就可以再次重新启动Redis服务器了。

二、相关命令列表

* [时间复杂度]   [命令描述]
* 返回值

2.1 MULTI

• 用于标记事务的开始，其后执行的命令都将被存入命令队列，直到执行EXEC时，这些命令才会被原子的执行。
• 始终返回OK

2.2 EXEC

• 执行在一个事务内命令队列中的所有命令，同时将当前连接的状态恢复为正常状态，即非事务状态。如果在事务中执行了WATCH命令，那么只有当WATCH所监控的Keys没有被修改的前提下，EXEC命令才能执行事务队列中的所有命令，否则EXEC将放弃当前事务中的所有命令。这种方式利用了检查再设置（CAS）的机制。
• 原子性的返回事务中各条命令的返回结果。如果在事务中使用了WATCH，一旦事务被放弃，EXEC将返回NULL-multi-bulk回复。

2.3 DISCARD

• 回滚事务队列中的所有命令，同时再将当前连接的状态恢复为正常状态，即非事务状态。如果WATCH命令被使用，该命令将UNWATCH所有的Keys。
• 始终返回OK。

2.4 WATCH key [key ...]

• O(1) 在MULTI命令执行之前，可以指定待监控的Keys，然而在执行EXEC之前，如果被监控的Keys发生修改，EXEC将放弃执行该事务队列中的所有命令。
• 始终返回OK。

2.5 UNWATCH

• O(1) 取消当前事务中指定监控的Keys，如果执行了EXEC或DISCARD命令，则无需再手工执行该命令了，因为在此之后，事务中所有被监控的Keys都将自动取消。
• 始终返回OK。

三、命令示例

3.1 事务被正常执行

• 1.1 例子一

## 在Shell命令行下执行Redis的客户端工具。
/> redis-cli
## 在当前连接上启动一个新的事务。
redis 127.0.0.1:6379> multi
OK
## 执行事务中的第一条命令，从该命令的返回结果可以看出，该命令并没有立即执行，而是存于事务的命令队列。
redis 127.0.0.1:6379> incr t1
QUEUED
## 又执行一个新的命令，从结果可以看出，该命令也被存于事务的命令队列。
redis 127.0.0.1:6379> incr t2
QUEUED
## 执行事务命令队列中的所有命令，从结果可以看出，队列中命令的结果得到返回。
redis 127.0.0.1:6379> exec
1) (integer) 1
2) (integer) 1

• 1.2 例子二
• 以下是一个事务的例子， 它先以 MULTI 开始一个事务， 然后将多个命令入队到事务中， 最后由 EXEC 命令触发事务， 一并执行事务中的所有命令：

## MULTI 用于标记事务块的开始。
## Redis会将后续的命令逐个放入队列中，
## 然后才能使用EXEC命令原子化地执行这个命令序列。
## 这个命令的返回值是一个简单的字符串，总是OK。
redis 127.0.0.1:6379> MULTI 
OK

## 下面执行了几个redis 的 存值取值操作
## 可以看出，它们并没有执行，只是将其放入了命令序列中
redis 127.0.0.1:6379> SET mykey "Hello"
QUEUED
    
redis 127.0.0.1:6379> GET book-name
QUEUED
    
redis 127.0.0.1:6379> SADD mysetkey "a" "b" "c"
QUEUED
    
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS mysetkey
QUEUED

## 在一个事务中执行所有先前放入队列的命令，然后恢复正常的连接状态。
## 这个命令的返回值是一个数组，
## 其中的每个元素分别是原子化事务中的每个命令的返回值。 
## 当使用WATCH命令时，如果事务执行中止，那么EXEC命令就会返回一个Null值。   
redis 127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) "Hello"
3) (integer) 3
4) "c"
5) "a"
6) "b"

3.2 事务中存在失败的命令

## 开启一个新的事务。
redis 127.0.0.1:6379> multi
OK
## 设置键a的值为string类型的3。
redis 127.0.0.1:6379> set a 3
QUEUED
## 从键a所关联的值的头部弹出元素，由于该值是字符串类型，
## 而lpop命令仅能用于List类型，因此在执行exec命令时，该命令将会失败。
redis 127.0.0.1:6379> lpop a
QUEUED
## 再次设置键a的值为字符串4。
redis 127.0.0.1:6379> set a 4
QUEUED
## 获取键a的值，以便确认该值是否被事务中的第二个set命令设置成功。
redis 127.0.0.1:6379> get a
QUEUED
## 从结果中可以看出，事务中的第二条命令lpop执行失败，
## 而其后的set和get命令均执行成功，
## 这一点是Redis的事务与关系型数据库中的事务之间最为重要的差别。
redis 127.0.0.1:6379> exec
1) OK
2) (error) ERR Operation against a key holding the wrong kind of value
3) OK
4) "4"

3.3 回滚事务

## 为键t2设置一个事务执行前的值。
redis 127.0.0.1:6379> set t2 tt
OK
## 开启一个事务。
redis 127.0.0.1:6379> multi
OK
## 在事务内为该键设置一个新值。
redis 127.0.0.1:6379> set t2 ttnew
QUEUED
## 放弃事务。
redis 127.0.0.1:6379> discard
OK
## 查看键t2的值，从结果中可以看出该键的值仍为事务开始之前的值。
redis 127.0.0.1:6379> get t2
"tt"

四、WATCH命令和基于CAS的乐观锁

• 在Redis的事务中，WATCH命令可用于提供CAS(check-and-set)功能。假设我们通过WATCH命令在事务执行之前监控了多个Keys，倘若在WATCH之后有任何Key的值发生了变化，EXEC命令执行的事务都将被放弃，同时返回Null multi-bulk应答以通知调用者事务执行失败。例如，我们再次假设Redis中并未提供incr命令来完成键值的原子性递增，如果要实现该功能，我们只能自行编写相应的代码。其伪码如下：

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

• 以上代码只有在单连接的情况下才可以保证执行结果是正确的，因为如果在同一时刻有多个客户端在同时执行该段代码，那么就会出现多线程程序中经常出现的一种错误场景--竞态争用(race condition)。比如，客户端A和B都在同一时刻读取了mykey的原有值，假设该值为10，此后两个客户端又均将该值加一后set回Redis服务器，这样就会导致mykey的结果为11，而不是我们认为的12。为了解决类似的问题，我们需要借助WATCH命令的帮助，见如下代码：

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

• 和此前代码不同的是，新代码在获取mykey的值之前先通过WATCH命令监控了该键，此后又将set命令包围在事务中，这样就可以有效的保证每个连接在执行EXEC之前，如果当前连接获取的mykey的值被其它连接的客户端修改，那么当前连接的EXEC命令将执行失败。这样调用者在判断返回值后就可以获悉val是否被重新设置成功。

五、SpringBoot操作Redis事务

public void setString(String key, Object object) {
        stringRedisTemplate.setEnableTransactionSupport(true);
        // 开启事务
        stringRedisTemplate.multi();
        try {
            // 如果是String 类型
            String value = (String) object;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, value);
        } catch (Exception e) {
            // 回滚
            stringRedisTemplate.discard();
        } finally {
            // 提交
            stringRedisTemplate.exec();
        }
    
    }

六、Redis集群事物

　　Redis集群对象JedisCluster不支持事务，但是，集群里边的每个节点支持事务。
【以后整理】