Redis面试——事务

一、Redis原子性是什么？

（1）单个命令的原子性

原子性是指一组操作，要么全部执行成功，要么全部失败。Redis 中的单个命令是天然原子性的，因为 Redis 的命令执行采用单线程模型，同一时间只会执行一个命令，不会出现并发修改数据的情况

（2）Redis 多线程处理请求的流程

假如现在有多个客户端给 Redis 发送请求，Redis 从 6.0 版本开始引入多线程，多线程仅用于处理网络 I/O 操作。多个 I/O 线程会并行地接收并解析这些请求，将其解析成命令，每个命令会被标记所属的客户端。然后，I/O 线程将这些命令放入全局队列中。之后，Redis 的主线程（单线程）会从全局队列中依次取出命令并执行，保证了每个命令执行的原子性。当一个命令执行完毕，执行结果会被存放在对应的客户端结果缓冲区，I/O 线程再将结果从缓冲区取出并响应给客户端。需要注意的是，单个命令具有原子性，但多个命令默认情况下可能会被其他客户端的命令交错执行，若要保证多个命令的原子性，可以使用 Redis 的事务（MULTI、EXEC等命令）或 Lua 脚本

二、如何保证多个操作的原子性？

假设你要实现一个原子性的操作：检查键 counter 是否存在，若存在就将其值加 1，若不存在则将其初始化为 1

（1）Lua脚本

1. Lua 脚本代码示例：

   -- 获取键 "counter" 的值
   local value = redis.call('GET', 'counter')
   if value then
       -- 如果键存在，将其值加 1
       return redis.call('INCR', 'counter')
   else
       -- 如果键不存在，将其初始化为 1
       redis.call('SET', 'counter', 1)
       return 1
   end

2. 在 Redis 中执行 Lua 脚本：

   127.0.0.1:6379> EVAL "local value = redis.call('GET', 'counter') if value then return redis.call('INCR', 'counter') else redis.call('SET', 'counter', 1) return 1 end" 0
   (integer) 1

3. 解释：
   1. 这里的 EVAL 命令用于执行 Lua 脚本
   2. 第一个参数是 Lua 脚本的内容
   3. 0 表示脚本中不涉及键名参数

（2）事务

1. 事务执行步骤：

   127.0.0.1:6379> MULTI
   OK
   127.0.0.1:6379> GET counter
   QUEUED
   127.0.0.1:6379> INCR counter
   QUEUED
   127.0.0.1:6379> EXEC
   1) (nil)
   2) (integer) 1

2. 解释：
   1. MULTI：开启一个事务
   2. GET counter 和 INCR counter：这两个命令会被放入事务队列中，并不会立即执行，Redis 会返回 QUEUED 表示命令已入队
   3. EXEC：执行事务队列中的所有命令。在这个例子中，首先尝试获取 counter 的值，因为初始时 counter 不存在，所以返回 (nil)，接着对 counter 进行自增操作，使其值变为 1

三、Lua脚本 vs 事务

（1）传输与执行流程及效率对比

1. Lua 脚本：客户端会一次性把 Lua 脚本发送给 Redis 服务器。对于 Redis 而言，它会将这个 Lua 脚本当作一个完整的原子操作来执行，在脚本执行期间不会去处理其他客户端的命令请求，如同执行一条单一命令。由于只需一次网络传输，减少了网络往返的开销，所以在传输效率上通常更有优势
2. 事务：当客户端输入 MULTI 命令并发送给服务器，在 Redis 开启多线程的情况下，I/O 线程负责接收和解析该请求。MULTI 命令不会进入全局命令队列，而是标志着客户端事务的开启。后续客户端发送的除 EXEC、DISCARD、UNWATCH 之外的命令，都会被暂存到该客户端对应的事务队列中。直到客户端发送 EXEC 命令，此时客户端的 Socket 会被 epoll 监测到有可读事件，Redis 的主线程（单线程）会从该客户端的事务队列里依次取出命令并执行。并且会将事务队列中的所有命令执行完毕后，才会去处理其他客户端的命令。不过，事务需要多次网络传输（每次发送一个命令），相比 Lua 脚本的单次传输，网络开销更大，在数据量较大或者网络延迟较高的场景下，Lua 脚本的效率优势会更明显

（2）错误处理机制

1. Lua 脚本：Lua 脚本在执行时，Redis 会以单线程原子性地执行整个脚本。一旦脚本里的某个 Redis 命令执行出错，脚本会立即停止执行，并且马上向客户端返回错误信息，后续的命令不会再被执行，保证了脚本操作的原子性
2. 事务：
   1. 入队错误：如果在命令入事务队列时就被检测出错误（例如命令格式错误、使用了不存在的命令等），Redis 会马上向客户端返回错误信息，整个事务不会被执行，事务队列中的所有命令都会被丢弃
   2. 执行错误：在 Redis 2.6.5 及之后的版本中，如果事务里的某个命令在执行阶段出错（例如对非数值类型的键执行 INCR 操作），Redis 会继续执行事务中剩余的命令，直至事务结束。最终返回给客户端的结果数组里，执行出错的命令对应的结果会显示错误信息，这意味着事务中的部分操作可能会生

四、事务中的watch命令

1. 在 Redis 中，WATCH 命令的工作机制如下：当客户端 B 在使用 MULTI 开启一个事务之前，使用 WATCH 命令监控了它要在事务中操作的键。此后，客户端 B 可以将一系列命令通过 MULTI 命令加入事务队列，直到发送 EXEC 命令
2. 当客户端 B 发送 EXEC 指令后，该指令入队，Redis 在准备执行事务队列中的命令之前，会检查被 WATCH 命令监控的键是否被修改过。在客户端 B 发送 EXEC 命令到 Redis 单线程开始执行这个事务中的命令期间，如果客户端 A 等其他客户端对其中被监控的键进行了修改，那么 Redis 会让客户端 B 的事务执行失败，EXEC 命令会返回 (nil)，并且清空客户端 B 的事务队列，不会执行事务队列中的任何指令