Redis(四). 事务,发布订阅,Lua,慢日志

Redis(四). 事务,发布订阅,Lua,慢日志

1. 事务

1.1 简介

Redis 通过 MULTI 、DISCARD 、EXEC 和 WATCH 四个命令来实现事务功能

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；一个事务从开始到执行会经历以下三个阶段：

1. 开始事务。
2. 命令入队。
3. 执行事务。

1.2 开启事务

REDIS_MULTI

127.0.0.1:6379> multi
OK
## 此时客户端开启了事务

1.3 命令入队

127.0.0.1:6379> set mykey aaa
QUEUED
127.0.0.1:6379> set mykey1  bbb
QUEUED

进入一个事务队列的数组，数组元素的字段有

事务队列是一个数组，每个数组项是都包含三个属性：

1. 要执行的命令（cmd）。
2. 命令的参数（argv）。
3. 参数的个数（argc）。

1.4 执行事务

命令EXEC 触发执行事务队列的命令 FIFO 方式执行在队列中的命令；结果会以 FIFO 的顺序保存到一个回复队列中

1.5 事务和非事务

区别：

1.非事务命令是以单个命令为执行单位，前一个命令和后一个命令客户端可以不是同一个，事务情况下，执行单位是一个事务内部的命令，除非执行完成，否则不会中断执行，也不会执行其他客户端的命令；

2.非事务状态下命令的响应立刻返回，而事务状态下所有都执行完成并且放入回复队列，作为EXEC 的响应一起放回；

1.6 事务状态下的 DISCARD

DISCARD 命令用于取消一个事务，它清空客户端的整个事务队列，然后将客户端从事务状态调整回非事务状态，最后返回字符串 OK 给客户端，说明事务已被取消

1.7 事务状态下的 MULTI

不支持子事务

响应是一个错误，然后继续等待其他命令的入队。MULTI 命令的发送不会造成整个事务失败，也不会修改事务队列中已有的数据

1.8 事务状态下的WATCH

只能在客户端进入事务状态之前执行，在事务状态下发送 WATCH 命令会引发一个错误，但它不会造成整个事务失败，也不会修改事务队列中已有的数据

WATCH 命令用于在事务开始之前监视任意数量的键：当调用 EXEC 命令执行事务时，如果任意一个被监视的键已经被其他客户端修改了，那么整个事务不再执行，直接返回失败。

时间	客户端1	客户端2
T1		watch mykey
T2		multi
T3		set mykey qwer
T4	set mykey bbb
T5		exec 执行失败

类似于CAS 只有数据是原来的 我才set (修改)

1.9 WATCH 实现

所有开启事务的客户端所用到的key 会创建一个watched_keys 类似于

比如客户端client5 修改 的key1 被其他的客户端修改 ，对应的客户端 2 ，5 ，1，的REDIS_DIRTY_CAS 参数就会被打开

• 如果客户端的 REDIS_DIRTY_CAS 选项已经被打开，那么说明被客户端监视的键至少有一个已经被修改了，事务的安全性已经被破坏。服务器会放弃执行这个事务，直接向客户端返回空回复，表示事务执行失败

• 如果 REDIS_DIRTY_CAS 选项没有被打开，那么说明所有监视键都安全，服务器正式执行事务

1.10 事务ACID

Redis 事务保证了其中的一致性（C）和隔离性（I），但并不保证原子性（A）和持久性（D）

原子性（Atomicity）

要不全成功，要么全失败；单个命令是原子的，但是在有事务的情况下是非原子的操作；事务失败的情况下，不会重试和回滚；

一致性（Consistency）

事务开始之前和事务结束以后，数据库的完整性没有被破坏

执行前：不正确入队命令的事务不会被执行，也不会影响数据库的一致性。

执行中：不会引起事务中断或整个失败，不会影响后面要执行的事务命令，所以它对事务的一致性也没有影响

执行中被KILL:

• 内存模式下 没有设置 持久化 就重启之后的数据库总是空白的，所以数据总是一致的。
• RDB 模式：事务执行之后，保存 RDB 的工作才有可能开始，可能保存的是最近一份的快照，数据可能不是最新的；
• AOF 模式：事务语句未写入到 AOF 文件，或 AOF 未被 SYNC 调用保存到磁盘，那么当进程被杀死之后，Redis 可以根据最近一次成功保存到磁盘的 AOF 文件来还原数据库，但不一定是最新的；写入到 AOF 文件，并且 AOF 文件被成功保存，事务不完整，Redis 报错退出，需要工具溢出事务命令，恢复，而且数据也是最新的（直到事务执行之前为止）

隔离性（Isolation）

Redis 是单进程程序，并且它保证在执行事务时，不会对事务进行中断，事务可以运行直到执行完所有事务队列中的命令为止。因此，Redis 的事务是总是带有隔离性的

持久性（Durability）

因为事务不过是用队列包裹起了一组 Redis 命令，并没有提供任何额外的持久性功能，所以事务的持久性由 Redis 所使用的持久化模式决定；

• 内存模式下，事务肯定是不持久的
• RDB 模式下 ，服务器可能在事务执行之后、RDB 文件更新之前的这段时间失败 ，不持久的
• AOF 的“总是 SYNC ”模式下，但是不是主线程执行的，也是不持久的 ，其他的差不多都是这样

1.11 总结

• 事务执行 一次性，有序执行
• 事务不对被中断，职务执行完成，才结束
• 事务内部命令FIFO 结果也是FIFO
• Redis 的事务保证了 ACID 中的一致性（C）和隔离性（I），但并不保证原子性（A）和持久性（D）

2. 订阅发布

Redis 通过 PUBLISH 、SUBSCRIBE 等命令实现了订阅与发布模式；

2.1 频道的订阅与信息发送

Redis 的 SUBSCRIBE 命令可以让客户端订阅任意数量的频道，每当有新信息发送到被订阅的频道时，信息就会被发送给所有订阅指定频道的客户端

这个消息就会被发送给订阅它的三个客户端

示例：

2.2 实现机制

pubsub_channels 属性是一个字典，这个字典就用于保存订阅频道的信息

如图 ：pubsub_channels 示例中，client2 、client5 和 client1 就订阅了 channel1

struct redisServer {
    ......
    dict *pubsub_channels;  /* Map channels to list of subscribed clients */
}

当客户端调用 SUBSCRIBE 命令时，程序就将客户端和要订阅的频道在 pubsub_channels 字典中关联起来。

2.3 发送信息到频道

用 PUBLISH channel message 命令，程序首先根据 channel 定位到字典的键，然后将信息发送给字典值链表中的所有客户端

2.4 订阅模式

struct redisServer {
    ......
dict *pubsub_patterns;  /* A dict of pubsub_patterns */
}

当使用 PUBLISH 命令发送信息到某个频道时，不仅所有订阅该频道的客户端会收到信息，如果有某个/某些模式和这个频道匹配的话，那么所有订阅这个/这些频道的客户端也同样会收到信息

因为 PUBLISH 除了将 message 发送到所有订阅 channel 的客户端之外，它还会将 channel 和 pubsub_patterns 中的模式进行对比，如果 channel 和某个模式匹配的话，那么也将 message 发送到订阅那个模式的客户端

2.5 总结

• 订阅信息由服务器进程维持的 redisServer.pubsub_channels 字典保存

• 订阅模式的信息由服务器进程维持的 redisServer.pubsub_patterns 链表保存

3.Lua 脚本

3.1 脚本的安全性

redis> EVAL "return redis.call('set', KEYS[1], get_random_number())" 1 number
OK
//get_random_number 随机数

假如 EVAL 的代码被复制到了附属节点 SLAVE ，因为 get_random_number() 的随机性质，它有很大可能会生成一个不同的值；它破坏了服务器和附属节点数据之间的一致性

Redis 对 Lua 环境所能执行的脚本做了一个严格的限制——所有脚本都必须是无副作用的纯函数（pure function）；

经过这一系列的调整之后，Redis 可以保证被执行的脚本：

无副作用。没有有害的随机性。对于同样的输入参数和数据集，总是产生相同的写入命令；

在脚本环境的初始化工作完成以后，Redis 就可以通过 EVAL 命令或 EVALSHA 命令执行 Lua脚本了

3.2 EVAL 命令的实现

EVAL 命令的执行可以分为以下步骤：

1. 为输入脚本定义一个 Lua 函数。
2. 执行这个 Lua 函数。

4. 慢查询日志

慢查询日志是 Redis 提供的一个用于观察系统性能的功能

4.1 相关数据结构

每条慢查询日志的保存格式

/* This structure defines an entry inside the slow log list */
typedef struct slowlogEntry {
    robj **argv;  /* 命令参数 */
    int argc;     /* 命令参数数量 */
    long long id;       /* 唯一标识符 Unique entry identifier. */
    long long duration; /* / 执行命令消耗的时间，以纳秒 Time spent by the query, in microseconds. */
    time_t time;        /* 命令执行时的时间 Unix time at which the query was executed. */
    sds cname;          /* Client name. */
    sds peerid;         /* Client network address. */
} slowlogEntry;

struct redisServer {
    .....
    list *slowlog;                  /* 保存慢查询日志的链表    SLOWLOG list of commands */
    long long slowlog_entry_id;     /* 慢查询日志的当前 id 值 SLOWLOG current entry ID */
    long long slowlog_log_slower_than; /* 慢查询时间限制 SLOWLOG time limit (to get logged) */
    unsigned long slowlog_max_len;     /* 慢查询日志的最大条目数量 SLOWLOG max number of items logged */
.....
}

slowlog 属性是一个链表，链表里的每个节点保存了一个慢查询日志结构，所有日志按添加时间从新到旧排序，新的日志在链表的左端，旧的日志在链表的右端。

slowlog_entry_id 在创建每条新的慢查询日志时增一，用于产生慢查询日志的 ID （这个 ID在执行 SLOWLOG RESET 之后会被重置）。

slowlog_log_slower_than 是用户指定的命令执行时间上限，执行时间大于等于这个值的命令会被慢查询日志记录。

slowlog_max_len 慢查询日志的最大数量，当日志数量等于这个值时，添加一条新日志会造成最旧的一条日志被删除。

4.2 慢查询日志的记录

在每次执行命令之前，Redis 都会用一个参数记录命令执行前的时间，在命令执行完之后，再计算一次当前时间，然后将两个时间值相减，得出执行命令所耗费的时间值 duration ，并将duration 传给 slowlogPushEntryIfNeed 函数。如果 duration 超过服务器设置的执行时间上限 server.slowlog_log_slower_than 的话，slowlogPushEntryIfNeed 就会创建一条新的慢查询日志，并将它加入到慢查询日志链表里

4.3 查看

针对慢查询日志有三种操作，分别是查看、清空和获取日志数量；
slowlog get [n]，获取慢查询日志列表，可指定返回条数
slowlog reset,清空慢查询日志列表
slowlog len，获取慢查询日志列表当前的长度

4.4 总结

• Redis 用一个链表以 FIFO 的顺序保存着所有慢查询日志。
• logPushEntryIfNeed 函数。如果 duration 超过服务器设置的执行时间上限 server.slowlog_log_slower_than 的话，slowlogPushEntryIfNeed 就会创建一条新的慢查询日志，并将它加入到慢查询日志链表里