Redis教程(八)：事务详解

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：

命令原型 时间复杂度 命令描述 返回值 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 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。 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。 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。 WATCHkey [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。 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：

1. 事务被正常执行：

#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

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. 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。