Redis事務(wù)為什么不支持回滾

前言

事務(wù)是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的特征之一，那么作為 Nosql 的代表 Redis 中有事務(wù)嗎？如果有，那么 Redis 當(dāng)中的事務(wù)又是否具備關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的 ACID 四大特性呢？

Redis 有事務(wù)嗎

這個(gè)答案可能會令很多人感到意外，Redis 當(dāng)中是存在“事務(wù)”的。這里我把 Redis 的事務(wù)帶了引號，原因在后面分析。

Redis 當(dāng)中的單個(gè)命令都是原子操作，但是如果我們需要把多個(gè)命令組合操作又需要保證數(shù)據(jù)的一致性時(shí)，就可以考試使用 Redis 提供的事務(wù)（或者使用前面介紹的 Lua 腳本）。

Redis 當(dāng)中，通過下面 4 個(gè)命令來實(shí)現(xiàn)事務(wù)：

• multi：開啟事務(wù)
• exec：執(zhí)行事務(wù)
• discard：取消事務(wù)
• watch：監(jiān)視

Redis 的事務(wù)主要分為以下 3 步：

• 執(zhí)行命令 multi 開啟一個(gè)事務(wù)。
• 開啟事務(wù)之后執(zhí)行的命令都會被放入一個(gè)隊(duì)列，如果成功之后會固定返回 QUEUED。
• 執(zhí)行命令 exec 提交事務(wù)之后，Redis 會依次執(zhí)行隊(duì)列里面的命令，并依次返回所有命令結(jié)果（如果想要放棄事務(wù)，可以執(zhí)行 discard 命令）。

接下來讓我們依次執(zhí)行以下命令來體會一下 Redis 當(dāng)中的事務(wù)：

multi //開啟事務(wù)
set name lonely_wolf //設(shè)置 name，此時(shí) Redis 會將命令放入隊(duì)列
set age 18  //設(shè)值 age，此時(shí) Redis 會將命令放入隊(duì)列
get name  //獲取 name，此時(shí) Redis 會將命令放入隊(duì)列
exec //提交事務(wù)，此時(shí)會依次執(zhí)行隊(duì)列里的命令，并依次返回結(jié)果

執(zhí)行完成之后得到如下效果：

Redis 事務(wù)實(shí)現(xiàn)原理

Redis 中每個(gè)客戶端都有記錄當(dāng)前客戶端的事務(wù)狀態(tài) multiState，下面就是一個(gè)客戶端 client 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義：

typedef struct client {
    uint64_t id;//客戶端唯一 id
    multiState mstate; //MULTI 和 EXEC 狀態(tài)(即事務(wù)狀態(tài))
    //...省略其他屬性
} client;

multiState 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：

typedef struct multiState {
    multiCmd *commands;//存儲命令的 FIFO 隊(duì)列
    int count;//命令總數(shù)
    //...省略了其他屬性
} multiState;

multiCmd 是一個(gè)隊(duì)列，用來接收并存儲開啟事務(wù)之后發(fā)送的命令，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：

typedef struct multiCmd {
    robj **argv;//用來存儲參數(shù)的數(shù)組
    int argc;//參數(shù)的數(shù)量
    struct redisCommand *cmd;//命令指針
} multiCmd;

我們以上面事務(wù)的示例截圖中事務(wù)為例，可以得到如下所示的一個(gè)簡圖：

Redis 事務(wù) ACID 特性

傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，一個(gè)事務(wù)一般都具有 ACID 特性。那么現(xiàn)在就讓我們來分析一下 Redis 是否也滿足這 ACID 四大特性。

A - 原子性

在討論事務(wù)的原子性之前，我們先來看 2 個(gè)例子。

模擬事務(wù)在執(zhí)行命令前發(fā)生異常。依次執(zhí)行以下命令：

multi //開啟事務(wù)
set name lonely_wolf //設(shè)置 name，此時(shí) Redis 會將命令放入隊(duì)列
get  //執(zhí)行一個(gè)不完成的命令，此時(shí)會報(bào)錯(cuò)
exec //在發(fā)生異常后提交事務(wù)

最終得到了如下圖所示的結(jié)果，我們可以看到，當(dāng)命令入隊(duì)的時(shí)候報(bào)錯(cuò)時(shí)，事務(wù)已經(jīng)被取消了：

模擬事務(wù)在執(zhí)行命令前發(fā)生異常。依次執(zhí)行以下命令：

flushall //為了防止影響，先清空數(shù)據(jù)庫
multi //開啟事務(wù)
set name lonely_wolf //設(shè)置 name，此時(shí) Redis 會將命令放入隊(duì)列
incr name  //這個(gè)命令只能用于 value 為整數(shù)的字符串對象，此時(shí)執(zhí)行會報(bào)錯(cuò)
exec //提交事務(wù)，此時(shí)在執(zhí)行第一條命令成功，執(zhí)行第二條命令失敗
get name //獲取 name 的值

最終得到了如下圖所示的結(jié)果，我們可以看到，當(dāng)執(zhí)行事務(wù)報(bào)錯(cuò)的時(shí)候，之前已經(jīng)成功的命令并沒有被回滾，也就是說在執(zhí)行事務(wù)的時(shí)候某一個(gè)命令失敗了，并不會影響其他命令的執(zhí)行，即 Redis 的事務(wù)并不會回滾：

Redis 中的事務(wù)為什么不會滾

這個(gè)問題的答案在 Redis 官網(wǎng)中給出了明確的解釋：

總結(jié)起來主要就是 3 個(gè)原因：

• Redis 作者認(rèn)為發(fā)生事務(wù)回滾的原因大部分都是程序錯(cuò)誤導(dǎo)致，這種情況一般發(fā)生在開發(fā)和測試階段，而生產(chǎn)環(huán)境很少出現(xiàn)。
• 對于邏輯性錯(cuò)誤，比如本來應(yīng)該把一個(gè)數(shù)加 1 ，但是程序邏輯寫成了加 2，那么這種錯(cuò)誤也是無法通過事務(wù)回滾來進(jìn)行解決的。
• Redis 追求的是簡單高效，而傳統(tǒng)事務(wù)的實(shí)現(xiàn)相對比較復(fù)雜，這和 Redis 的設(shè)計(jì)思想相違背。

 C - 一致性

一致性指的就是事務(wù)執(zhí)行前后的數(shù)據(jù)符合數(shù)據(jù)庫的定義和要求。這一點(diǎn) Redis 中的事務(wù)是符合要求的，上面講述原子性的時(shí)候已經(jīng)提到，不論是發(fā)生語法錯(cuò)誤還是運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤的命令均不會被執(zhí)行。

I - 隔離性

事務(wù)中的所有命令都會按順序執(zhí)行，在執(zhí)行 Redis 事務(wù)的過程中，另一個(gè)客戶端發(fā)出的請求不可能被服務(wù)，這保證了命令是作為單獨(dú)的獨(dú)立操作執(zhí)行的。所以 Redis 當(dāng)中的事務(wù)是符合隔離性要求的。

D - 持久性

如果 Redis 當(dāng)中沒有被開啟持久化，那么就是純內(nèi)存運(yùn)行的，一旦重啟，所有數(shù)據(jù)都會丟失，此時(shí)可以認(rèn)為 Redis 不具備事務(wù)的持久性；而如果 Redis 開啟了持久化，那么可以認(rèn)為 Redis 在特定條件下是具備持久性的。

watch 命令

上面我們講述 Redis 中事務(wù)時(shí)，提到的的常用命令還有一個(gè) watch 命令，這個(gè)又是做什么用的呢？我們還是先來看一個(gè)例子。

首先打開一個(gè)客戶端一，依次執(zhí)行以下命令：

flushall  //清空數(shù)據(jù)庫
multi     //開啟事務(wù)
get name  //獲取 name，此時(shí)正常返回 nil
set name lonely_wolf //設(shè)置 name
get name //獲取 name，此時(shí)正常應(yīng)該返回 lonely_wolf

得到如下效果圖：

這時(shí)候我們先不執(zhí)行事務(wù)，打開另一個(gè)客戶端二，來執(zhí)行一個(gè)命令 set name zhangsan：

客戶端二執(zhí)行成功了，這時(shí)候再返回到客戶端一執(zhí)行 exec 命令：

可以發(fā)現(xiàn)，第一句話返回了 zhangsan。也就是說，name 這個(gè) key 值在入隊(duì)之后到 exec 之前發(fā)生了變化，一旦發(fā)生這種情況，可能會引起很嚴(yán)重的問題，所以在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫可以通過鎖來解決這種問題，那么 Redis 當(dāng)中試如何解決的呢？

是的，在 Redis 當(dāng)中就是通過 watch 命令來處理這種場景的。

watch 命令的作用

watch 命令可以為 Redis 事務(wù)提供 CAS 樂觀鎖行為，它可以在 exec 命令執(zhí)行之前，監(jiān)視任意 key 值的變化，也就是說當(dāng)多個(gè)線程更新同一個(gè) key 值的時(shí)候，會跟原值做比較，一旦發(fā)現(xiàn)它被修改過，則拒絕執(zhí)行命令，并且會返回 nil 給客戶端。

下面還是讓我們通過一個(gè)示例來演示一下。

打開一個(gè)客戶端一，依次執(zhí)行如下命令：

flushall  //清空數(shù)據(jù)庫
watch name //監(jiān)視 name
multi     //開啟事務(wù)
set name lonely_wolf //設(shè)置 name
set age 18 // 設(shè)置 age
get name   //獲取 name
get age    //獲取 age

執(zhí)行之后得到如下效果圖：

這時(shí)候再打開一個(gè)客戶端二，執(zhí)行 set name zhangsan命令：

然后再回到客戶端一執(zhí)行 exec命令。這時(shí)候會發(fā)現(xiàn)直接返回了 nil，也就是事務(wù)中所有的命令都沒有被執(zhí)行（即：只要檢測到一個(gè) key 值被修改過，那么整個(gè)事務(wù)都不會被執(zhí)行）：

watch 原理分析

下面是一個(gè) Redis 服務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義：

typedef struct redisDb {
    dict *watched_keys;  //被 watch 命令監(jiān)視的 key
    int id;           //Database ID
    //...省略了其他屬性
} redisDb;

可以看到，redisDb 中的 watched_keys 存儲了一個(gè)字典，這個(gè)字典當(dāng)中的 key 存的就是被監(jiān)視的 key ，然后字典的值存的就是客戶端 id。然后每個(gè)客戶端還有一個(gè)標(biāo)記屬性 CLIENT_DIRTY_CAS，一旦我們執(zhí)行了一些如 set，sadd 等能修改 key 值對應(yīng) value 的命令，那么客戶端的 CLIENT_DIRTY_CAS 標(biāo)記屬性將會被修改，后面執(zhí)行事務(wù)提交命令 exec 時(shí)發(fā)現(xiàn)客戶端的標(biāo)記屬性被修改過（樂觀鎖的體現(xiàn)），則會拒絕執(zhí)行事務(wù)。

總結(jié)

本文主要介紹了 Redis 當(dāng)中的事務(wù)機(jī)制，在介紹事務(wù)實(shí)現(xiàn)原理的同時(shí)從傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的 ACID 四大特性對比分析了 Redis 當(dāng)中的事務(wù)，并最終了解到了 Redis 的事務(wù)似乎并不是那么“完美”。

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