13.Redis事务详解.md

# Redis事务详解
> 主要内容转载自pdai的[Redis进阶 - 事务：Redis事务详解](https://pdai.tech/md/db/nosql-redis/db-redis-x-trans.html)
> Redis 事务的本质是一组命令的集合。事务支持一次执行多个命令，一个事务中所有命令都会被序列化。在事务执行过程，会按照顺序串行化执行队列中的命令，其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。
## 什么是Redis事务
Redis 事务的本质是一组命令的集合。事务支持一次执行多个命令，一个事务中所有命令都会被序列化。在事务执行过程，会按照顺序串行化执行队列中的命令，其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。
总结说：redis事务就是一次性、顺序性、排他性的执行一个队列中的一系列命令。
### 如何理解Redis与事务的ACID？
> 一般来说，事务有四个性质称为ACID，分别是原子性，一致性，隔离性和持久性。这是基础，但是很多文章对Redis 是否支持ACID有一些异议，我觉的有必要梳理下：
- **原子性atomicity**
首先通过上文知道 运行期的错误是不会回滚的，很多文章由此说Redis事务违背原子性的；而官方文档认为是遵从原子性的。
Redis官方文档给的理解是，**Redis的事务是原子性的：所有的命令，要么全部执行，要么全部不执行**。而不是完全成功。
对于Redis的事务功能来说，事务队列中的命令要么就全部都执行，要么就一个都不执行，因此， Redis的事务是具有原子性的。
Redis的事务和传统的关系型数据库事务的最大区别在于，**Redis不支持事务回滚机制**(rollback)， 即使事务队列中的某个命令在执行期间出现了错误，整个事务也会继续执行下去，直到将事务队列中的所有命令都执行完毕为止。 下面展示了即使RPUSH命令在执行期间出现了错误，事务的后续命令也会继续执行下去， 并且之前执行的命令也不会有任何影响：
```bash
127.0.0.1:6379> set msg hello
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> sadd fruit apple banana cherry
QUEUED
127.0.0.1:6379> rpush msg bye redis
QUEUED
127.0.0.1:6379> sadd alphabet a b c
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) (integer) 3
2) (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
3) (integer) 3
```
不支持事务回滚是因为这种复杂的功能和Redis追求简单高效的设计主旨不相符，并且Redis事务的执行时错误通常都是编程错误产生的， 这种错误通常只会出现在开发环境中， 而很少会在实际的生产环境中出现。
- **一致性consistency**
redis事务可以保证命令失败的情况下得以回滚，数据能恢复到没有执行之前的样子，是保证一致性的，除非redis进程意外终结。
- **隔离性Isolation**
redis事务是严格遵守隔离性的，原因是redis是单进程单线程模式(v6.0之前），可以保证命令执行过程中不会被其他客户端命令打断。
但是，Redis不像其它结构化数据库有隔离级别这种设计。
- **持久性Durability**
**redis事务是不保证持久性的**，这是因为redis持久化策略中不管是RDB还是AOF都是异步执行的，不保证持久性是出于对性能的考虑。
## Redis事务相关命令和使用
> MULTI 、 EXEC 、 DISCARD 和 WATCH 是 Redis 事务相关的命令。
- MULTI ：开启事务，redis会将后续的命令逐个放入队列中，然后使用EXEC命令来原子化执行这个命令系列。
- EXEC：执行事务中的所有操作命令。
- DISCARD：取消事务，放弃执行事务块中的所有命令。
- WATCH：监视一个或多个key,如果事务在执行前，这个key(或多个key)被其他命令修改，则事务被中断，不会执行事务中的任何命令。
- UNWATCH：取消WATCH对所有key的监视。
### 标准的事务执行
给k1、k2分别赋值，在事务中修改k1、k2，执行事务后，查看k1、k2值都被修改。
```bash
127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k2 v2
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 22
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) OK
127.0.0.1:6379> get k1
"11"
127.0.0.1:6379> get k2
"22"
127.0.0.1:6379>
```
### 事务取消
```bash
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 33
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 34
QUEUED
127.0.0.1:6379> DISCARD
OK
```
### 事务出现错误的处理
- **语法错误（编译器错误）**
在开启事务后，修改k1值为11，k2值为22，但k2语法错误，最终导致事务提交失败，k1、k2保留原值。
```bash
127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k2 v2
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> sets k2 22
(error) ERR unknown command `sets`, with args beginning with: `k2`, `22`,
127.0.0.1:6379> exec
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
127.0.0.1:6379> get k1
"v1"
127.0.0.1:6379> get k2
"v2"
127.0.0.1:6379>
```
- **Redis类型错误（运行时错误）**
在开启事务后，修改k1值为11，k2值为22，但将k2的类型作为List，在运行时检测类型错误，最终导致事务提交失败，此时事务并没有回滚，而是跳过错误命令继续执行， 结果k1值改变、k2保留原值
```bash
127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k1 v2
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> lpush k2 22
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
127.0.0.1:6379> get k1
"11"
127.0.0.1:6379> get k2
"v2"
127.0.0.1:6379>
```
### CAS操作实现乐观锁
> WATCH 命令可以为 Redis 事务提供 check-and-set （CAS）行为。
- **CAS? 乐观锁**？Redis官方的例子帮你理解
被 WATCH 的键会被监视，并会发觉这些键是否被改动过了。 如果有至少一个被监视的键在 EXEC 执行之前被修改了， 那么整个事务都会被取消， EXEC 返回nil-reply来表示事务已经失败。
举个例子， 假设我们需要原子性地为某个值进行增 1 操作（假设 INCR 不存在）。
首先我们可能会这样做：
```bash
val = GET mykey
val = val + 1
SET mykey $val
```
上面的这个实现在只有一个客户端的时候可以执行得很好。 但是， 当多个客户端同时对同一个键进行这样的操作时， 就会产生竞争条件。举个例子， 如果客户端 A 和 B 都读取了键原来的值， 比如 10 ， 那么两个客户端都会将键的值设为 11 ， 但正确的结果应该是 12 才对。
有了 WATCH ，我们就可以轻松地解决这类问题了：
```bash
WATCH mykey
val = GET mykey
val = val + 1
MULTI
SET mykey $val
EXEC
```
使用上面的代码， 如果在 WATCH 执行之后， EXEC 执行之前， 有其他客户端修改了 mykey 的值， 那么当前客户端的事务就会失败。 程序需要做的， 就是不断重试这个操作， 直到没有发生碰撞为止。
这种形式的锁被称作乐观锁， 它是一种非常强大的锁机制。 并且因为大多数情况下， 不同的客户端会访问不同的键， 碰撞的情况一般都很少， 所以通常并不需要进行重试。
- **watch是如何监视实现的呢**？
Redis使用WATCH命令来决定事务是继续执行还是回滚，那就需要在MULTI之前使用WATCH来监控某些键值对，然后使用MULTI命令来开启事务，执行对数据结构操作的各种命令，此时这些命令入队列。
当使用EXEC执行事务时，首先会比对WATCH所监控的键值对，如果没发生改变，它会执行事务队列中的命令，提交事务；如果发生变化，将不会执行事务中的任何命令，同时事务回滚。当然无论是否回滚，Redis都会取消执行事务前的WATCH命令。
- **watch 命令实现监视**
在事务开始前用WATCH监控k1，之后修改k1为11，说明事务开始前k1值被改变，MULTI开始事务，修改k1值为12，k2为22，执行EXEC，发回nil，说明事务回滚；查看下k1、k2的值都没有被事务中的命令所改变。
```bash
127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k2 v2
OK
127.0.0.1:6379> WATCH k1
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 12
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 22
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
(nil)
127.0.0.1:6379> get k1
"11"
127.0.0.1:6379> get k2
"v2"
127.0.0.1:6379>
```
- **UNWATCH取消监视**
```bash
127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k2 v2
OK
127.0.0.1:6379> WATCH k1
OK
127.0.0.1:6379> set k1 11
OK
127.0.0.1:6379> UNWATCH
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set k1 12
QUEUED
127.0.0.1:6379> set k2 22
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) OK
2) OK
127.0.0.1:6379> get k1
"12"
127.0.0.1:6379> get k2
"22"
127.0.0.1:6379>
```
## Redis事务执行步骤
通过上文命令执行，很显然Redis事务执行是三个阶段：
- **开启**：以MULTI开始一个事务
- **入队**：将多个命令入队到事务中，接到这些命令并不会立即执行，而是放到等待执行的事务队列里面
- **执行**：由EXEC命令触发事务
当一个客户端切换到事务状态之后， 服务器会根据这个客户端发来的不同命令执行不同的操作：
- 如果客户端发送的命令为 EXEC 、 DISCARD 、 WATCH 、 MULTI 四个命令的其中一个， 那么服务器立即执行这个命令。
- 与此相反， 如果客户端发送的命令是 EXEC 、 DISCARD 、 WATCH 、 MULTI 四个命令以外的其他命令， 那么服务器并不立即执行这个命令， 而是将这个命令放入一个事务队列里面， 然后向客户端返回 QUEUED 回复。
##
### Redis事务其它实现
- 基于Lua脚本，Redis可以保证脚本内的命令一次性、按顺序地执行，其同时也不提供事务运行错误的回滚，执行过程中如果部分命令运行错误，剩下的命令还是会继续运行完
- 基于中间标记变量，通过另外的标记变量来标识事务是否执行完成，读取数据时先读取该标记变量判断是否事务执行完成。但这样会需要额外写代码实现，比较繁琐
## 参考文章
本文主要参考了
- http://redisbook.com/preview/transaction/transaction_implement.html
- [官方文档-事务在新窗口打开](http://ifeve.com/redis-transactions/)
- https://www.cnblogs.com/fengguozhong/p/12161363.html
此外还参考了
- https://www.runoob.com/redis/redis-transactions.html
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/101902825