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说说 Redis 事务

Max Fang (maxfang007@gmail.com)发表于 2023-04-19 15:03:53

Redis 事务简介

Redis 只是提供了简单的事务功能。其本质是一组命令的集合，事务支持一次执行多个命令，在事务执行过程中，会顺序执行队列中的命令，其他客户端提交的命令请求不会插入到本事务执行命令序列中。命令的执行过程是顺序执行的，但不能保证原子性。无法像 MySQL 那样，有隔离级别，出了问题之后还能回滚数据等高级操作。后面会详细分析。

Redis 事务基本指令

Redis 提供了如下几个事务相关的基础指令。

MULTI 开启事务，Redis 会将后续命令加到队列中，而不真正执行它们，直到后续使用 EXEC 来原子化的顺序执行这些命令
EXEC 执行所有事务块内的命令
DISCARD 取消事务，放弃执行事务块内所有的命令
WATCH 监视一个或多个 key，若事务在执行前，这些 key 被其他命令修改，则事务被终端，不会执行事务中的任何命令
UNWATCH 取消 WATCH 命令对所有 keys 的监视

一般情况下，一个简单的 Redis 事务主要分为如下几个部分：

执行命令 MULTI 开启一个事务。
开启事务之后，执行命令的多个命令会依次被放入一个队列，放入成功则会返回 QUEUED 消息。
执行命令 EXEC 提交事务，Redis 会依次执行队列中的命令，并依次返回所有命令的结果。（若想放弃提交事务，则执行 DISCARD）。

下图简单介绍了下 Redis 事务执行的过程：

实例分析

下面我们来通过一些实际具体例子，来体会下 Redis 中的事务。前面我们也说到 Redis 的事务不是正真的事务，是无法完全满足标准事务的 ACID 特性的。通过下面的例子，我们来看看，Redis 的“破产版”事务到底存在什么问题。

[A]正常执行提交
1
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13
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 1
QUEUED
127.0.0.1:6379> SET b 2
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) OK
127.0.0.1:6379> GET a
"1"
127.0.0.1:6379> GET b
"2"
开启事务后，提交的命令都会加入队列（QUEUED），执行 EXEC 后会逐步执行命令并返回结果。这个看起来是不是和我们平时使用 MySQL 的事务操作相似，类似 start transaction 和 commit。
[B]正常取消事务
1
2
3
4
5
6
7
8
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10
11
12
13
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 1
QUEUED
127.0.0.1:6379> SET b 2
QUEUED
127.0.0.1:6379> DISCARD
OK
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> GET a
(nil)
127.0.0.1:6379> GET b
(nil)
开启事务后，若不想继续事务，使用 DISCARD 取消，前面提交的命令并不会真正执行，相关的 key 值不变。这个看起来也和 MySQL 的事务相似，类似 start transaction 和 rollback。

[C]WATCH 监视 key

-- 线程 1 中执行
127.0.0.1:6379> del a
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get a
(nil)
127.0.0.1:6379> SET a 0
OK
127.0.0.1:6379> WATCH a
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 1
QUEUED
----------------------------------------- 线程 2 中执行
----------------------------------------- 127.0.0.1:6379> SET a 2
----------------------------------------- OK
127.0.0.1:6379> EXEC
(nil)
127.0.0.1:6379> GET a
"2"

在开启事务之前 WATCH 了 a 的值，随后再开启事务。在另一个线程中设置了 a 的值（SET a 2），然后再 EXEC 执行事务，结果为 nil，
说明事务没有被执行。因为 a 的值在 WATCH 之后发生了变化，所以事务被取消了。

需要注意的是，这里和开启事务的时间点没有关系，与 MULTI 和另一个线程设置 a 的值的先后没有关系。只要是在 WATCH 之后发生了变化。无论事务是否已经开启，执行事务（EXEC）的时候都会取消。
普通情况下，在执行 EXEC 和 DISCARD 命令时，都会默认执行 UNWATCH。

[D]语法错误

127.0.0.1:6379> SET a 1
OK
127.0.0.1:6379> SET b 2
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> SETS b 22
(error) ERR unknown command 'SETS'
127.0.0.1:6379> EXEC
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
127.0.0.1:6379> GET a
"1"
127.0.0.1:6379> GET b
"2"

当 Redis 开启一个事务后，若添加的命令中有语法错误，会导致事务提交失败。这种情况下事务队列中的命令都不会被执行。如上面例子中 a 和 b 的值都是原有的值。
这类在 EXEC 之前产生的错误，如命令名称错误，命令参数错误等，会在 EXEC 执行之前被检测出来，所以在发生这些错误的时候，事务会被取消，事务中的所有命令都不会执行。（这种情况看起来是不是有点像回滚了）

[E]运行时错误

127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET a 1
QUEUED
127.0.0.1:6379> SET b hello
QUEUED
127.0.0.1:6379> INCR b
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) OK
3) (error) ERR value is not an integer or out of range
127.0.0.1:6379> GET a
"1"
127.0.0.1:6379> GET b
"hello"

当 Redis 开启一个事务后，添加的命令没有出现前面说的语法错误，但是在运行时检测到了类型错误，导致事务最提交失败（说未完全成功可能更准确点）。此时事务并不会回滚，而是跳过错误命令继续执行。
如上面的例子，未报错的命令值已经修改，a 被设置成了 1，b 被设置为了 hello，但是报错的值未被修改，即 INCR b 类型错误，并未执行，b 的值也没有被再更新。

Redis 事务与 ACID

通过上面的例子，我们已经知道 Redis 的事务和我们通常接触的 MySQL 等关系数据库的事务还有有一定差异的。它不保证原子性。同时 Redis 事务也没有事务隔离级别的概念。下面我们来具体看下 Redis 在 ACID 四个特性中，那些是满足的，那些是不满足的。
事务执行可以分为命令入队（EXEC 执行前）和命令实际执行（EXEC 执行之后）两个阶段。下面我们在分析的时候，很多时候都会分这两种情况来分析。

原子性（A）

上面的实例分析中，[A]，[B]，[C]三种正常的情况，我们可以很明显的看出，是 保证了原子性的 。
但是一些异常情况下，是不满足原子性的。

如 [D] 所示的情况，客户端发送的命令有语法错误，在命令入队列时 Redis 就判断出来了。等到执行 EXEC 命令时，Redis 就会拒绝执行所有提交的命令，返回事务失败的结果。此种情况下，事务中的所有命令都不会被执行了，是 保证了原子性的。
如 [E] 所示的情况，事务操作入队时，命令和操作类型不匹配，此时 Redis 没有检查出错误（这类错误是运行时错误）。等到执行 EXEC 命令后，Redis 实际执行这些命令操作时，就会报错。需要注意的是，虽然 Redis 会对错误的命令报错不执行，但是其余正确的命令会依次执行完。此种情况下，是 无法保证原子性的。
在执行事务的 EXEC 命令时，Redis 实例发生了故障，导致事务执行失败。此时，如果开启了 AOF 日志，那么只会有部分事务操作被记录到 AOF 日志中。使用 redis-check-aof 工具检测 AOF 日志文件，可以把未完成的事务操作从 AOF 文件中去除。这样一来，使用 AOF 文件恢复实例后，事务操作不会被再执行，从而 保证了原子性 。若使用的 RDB 模式，最新的 RDB 快照是在 EXEC 执行之前生成的，使用快照恢复之后，事务中的命令也都没有执行，从而 保证了原子性。若 Redis 没有开启持久化，则重启后内存中的数据全部丢失，也就谈不上原子性了。

一致性（C）

一致性指的是事务执行前后，数据符合数据库的定义和要求。这点在 Redis 事务中是满足的，不论是发生语法错误还是运行时错误，错误的命令均不会被执行。

EXEC 执行之前，入队报错（实例分析中的语法错误）

事务会放弃执行，故可以保证一致性。

EXEC 执行之后，实际执行时报错（实例分析中的运行时错误）

错误的命令不会被执行，正确的命令被执行，一致性可以保证。

EXEC 执行时，实例宕机

若 Redis 没有开启持久化，实例宕机重启后，数据都没有了，数据是一致的。
若配置了 RDB 方式，RDB 快照不会在事务执行时执行。所以，若事务执行到一半，实例发生了故障，此时上一次 RDB 快照中不会包含事务所做的修改，而下一次 RDB 快照还没有执行，实例重启后，事务修改的数据会丢失，数据是一致的。若事务已经完成，但新一次的 RDB 快照还没有生成，那事务修改的数据也会丢失，数据也是一致的。
若配置了 AOF 方式。当事务操作还没被记录到 AOF 日志时，实例就发生故障了，使用 AOF 日志恢复后数据是一致的。若事务中的只有部分操作被记录到 AOF 日志，可以使用 redis-check-aof 清除事务中已经完成的操作，数据库恢复后数据也是一致的。

隔离性（I）
1. 并发操作在 EXEC 执行前，隔离性需要通过 WATCH 机制来保证
2. 并发操作在 EXEC 命令之后，隔离性可以保证

情况 a 可以参考前面的实例分析 WATCH 命令的使用。
情况 b，由于 Redis 是单线程执行命令，EXEC 命令执行后，Redis 会保证先把事务队列中的所有命令执行完之后再执行之后的命令。

持久性（D）

若 Redis 没有开启持久化，那么就是所有数据都存储在内存中，一旦重启，数据就会丢失，因此此时事务的持久性是肯定无法得到保证的。
若 Redis 开启了持久化，当实例宕机重启，还是会有可能丢失数据，因此也并能完全保证持久性。
因此，我们可以说 Redis 事务无法一定保证持久性，仅在特殊的情况下，可以保证持久性。

关于 Redis 在开启持久化之后，为啥还会丢失数据，笔者会单独整理一篇 Redis 持久化与主从相关的文章来介绍，此处简单说下。
如果配置了 RDB 模式，在一个事务执行后，下一次 RDB 快照还未执行前，Redis 实例发生了宕机，数据就会丢失、
如果配置了 AOF 模式，而 AOF 模式的三种配置选项 no，everysec，always 也都可能会产生数据丢失的情况。

总结一下，Redis 事务对 ACID 的支持情况：

具备一定的原子性，但不支持回滚
满足一致性
满足隔离性
无法保证持久性

Redis 事务为什么不支持回滚

看一下官网的的说明：

What about rollbacks?
Redis does not support rollbacks of transactions since supporting rollbacks would have a significant impact on the simplicity and performance of Redis.

大部分需要事务回滚的情况是程序错误导致的，这种情况一般是开发环境，生产环境不应该出现这种错误。
对于逻辑错误，例如应该加 1，结果写成了加 2，这种情况无法通过回滚来解决。
Redis 追求的是简单高效，而传统事务的实现相对复杂很多，这和 Redis 的设计思想是违背的。当我们享受 Redis 的快速时，也就无法再要求它更多。

总结

本文主要介绍了 Redis 事务的基础指令与执行流程，并分析了其对传统 ACID 特性支持的情况，相信大家对 Redis 事务已经有了一个简单的了解。
通过上面的介绍，会发现 Redis 的事务似乎有点鸡肋，确实实际中也很少会使用。至于事务的具体实现，笔者后续文章会结合源码进行分析。今天的文章就到这里，下期我们接着学。