Redis进阶 - Redis的原子性操作

Redis进阶 - Redis的原子性操作

一、概述

1.1 原子性

我们在使用 Redis 时，不可避免地会遇到并发访问的问题，比如说如果多个用户同时下单，就会对缓存在 Redis 中的商品库存并发更新。一旦有了并发写操作，数据就会被修改，如果我们没有对并发写请求做好控制，就可能导致数据被改错，影响到业务的正常使用（例如库存数据错误，导致下单异常）。为了保证并发访问的正确性，Redis 提供了两种方法，分别是加锁和原子操作。

加锁是一种常用的方法，在读取数据前，客户端需要先获得锁，否则就无法进行操作。当一个客户端获得锁后，就会一直持有这把锁，直到客户端完成数据更新，才释放这把锁。看上去好像是一种很好的方案，但是，其实这里会有两个问题：一个是如果加锁操作多，会降低系统的并发访问性能；第二个是 Redis 客户端要加锁时，需要用到分布式锁，而分布式锁实现复杂，需要用额外的存储系统来提供加解锁操作。

原子操作是另一种提供并发访问控制的方法，原子操作是指执行过程保持原子性的操作，而且原子操作执行时并不需要再加锁，实现了无锁操作。这样一来，既能保证并发控制，还能减少对系统并发性能的影响。

1.2 Redis 的原子操作

Redis的原子性操作指的是在执行过程中不会被其他操作打断，即操作要么完全执行成功，要么完全不执行，从而保证数据的一致性和可靠性。

二、Redis实现原子操作

Redis通过其内部机制和一些特定的命令来实现原子性操作，以下是Redis中一些常见的原子性操作及其描述。

2.1 单命令操作

Redis 是使用单线程来串行处理客户端的请求操作命令的，所以，当 Redis 执行某个命令操作时，其他命令是无法执行的，这相当于命令操作是互斥执行的。以下这些操作在Redis中是原子性的，因为它们都是由Redis的单个命令执行的，不会被其他操作打断。

2.2 使用事务

Redis 支持将多个命令组合成一个事务来执行，通过MULTI、EXEC、WATCH和UNWATCH等命令来实现事务。其中，使用 MULTI 命令开始事务，然后依次执行多个命令，接着使用 EXEC 命令来按照顺序依次执行事务中的所有命令，WATCH 用于监视一个或多个键，当有其他客户端对被监视的键进行修改时，事务会被中断，UNWATCH 则用于取消监视。Redis事务的具体的实现步骤如下：

1. 客户端向Redis发送MULTI命令，表示事务的开始。
2. 服务器收到MULTI命令后，会将客户端的命令请求添加到一个队列中，而不是立即执行。
3. 客户端继续发送多个命令请求，这些命令请求都会被添加到同一个队列中。
4. 客户端发送EXEC命令，表示事务的执行。
5. 服务器收到EXEC命令后，会依次执行队列中的命令。
6. 服务器执行完所有命令后，将执行结果返回给客户端。

Redis 保证事务的原子性是通过将事务中的所有命令作为一个整体来执行，即在EXEC命令执行期间，不会处理其他客户端的命令请求。这样可以确保事务中的所有操作都是原子性的，如果事务中的任何一条命令失败，那么整个事务都会被回滚，即所有命令都不会被执行。

2.3 使用Lua脚本

Lua 本身并没有提供对于原子性的直接支持，它只是一种脚本语言，通常是嵌入到其他宿主程序中运行。Redis 2.6及更高版本支持使用Lua脚本来执行多个命令，并且这些命令在Lua脚本中是原子性执行的。这意味着在Lua脚本中执行的所有Redis命令都会作为一个整体来执行，不会被其他操作打断。Redis会在执行脚本期间锁住数据库，确保其他客户端的操作不会干扰。

2.4 特定命令

你可能也注意到了，虽然 Redis 的单个命令操作可以原子性地执行，但是在实际应用中，数据修改时可能包含多个操作，至少包括读数据、数据增减、写回数据三个操作，这显然就不是单个命令操作了，那该怎么办呢？别担心，Redis 提供了几种命令

三、结语

总之，Redis通过其内部机制、事务、Lua脚本和特定命令等方式来支持原子性操作，从而确保数据的一致性和可靠性。需要注意的是，虽然Redis提供了一些原子性操作的机制，但并不是所有的操作都是原子的。例如，修改一个字符串类型的值时，如果使用GET和SET命令分别获取和修改，可能会导致中间发生了其他操作，从而导致不是原子性的。因此，在实现原子操作时，需要根据具体情况选择合适的方式。