事務(transaction)?

Note

本文檔翻譯自: http://redis.io/topics/transactions

MULTIEXECDISCARDWATCH 是 Redis 事務的基礎。

事務可以一次執行多個命令, 并且帶有以下兩個重要的保證:

  • 事務是一個單獨的隔離操作:事務中的所有命令都會序列化、按順序地執行。事務在執行的過程中,不會被其他客戶端發送來的命令請求所打斷。

  • 事務是一個原子操作:事務中的命令要么全部被執行,要么全部都不執行。

    EXEC 命令負責觸發并執行事務中的所有命令:

    • 如果客戶端在使用 MULTI 開啟了一個事務之后,卻因為斷線而沒有成功執行 EXEC ,那么事務中的所有命令都不會被執行。
    • 另一方面,如果客戶端成功在開啟事務之后執行 EXEC ,那么事務中的所有命令都會被執行。

    當使用 AOF 方式做持久化的時候, Redis 會使用單個 write(2) 命令將事務寫入到磁盤中。

    然而,如果 Redis 服務器因為某些原因被管理員殺死,或者遇上某種硬件故障,那么可能只有部分事務命令會被成功寫入到磁盤中。

    如果 Redis 在重新啟動時發現 AOF 文件出了這樣的問題,那么它會退出,并匯報一個錯誤。

    使用 redis-check-aof 程序可以修復這一問題:它會移除 AOF 文件中不完整事務的信息,確保服務器可以順利啟動。

從 2.2 版本開始,Redis 還可以通過樂觀鎖(optimistic lock)實現 CAS (check-and-set)操作,具體信息請參考文檔的后半部分。

用法?

MULTI 命令用于開啟一個事務,它總是返回 OK

MULTI 執行之后, 客戶端可以繼續向服務器發送任意多條命令, 這些命令不會立即被執行, 而是被放到一個隊列中, 當 EXEC 命令被調用時, 所有隊列中的命令才會被執行。

另一方面, 通過調用 DISCARD , 客戶端可以清空事務隊列, 并放棄執行事務。

以下是一個事務例子, 它原子地增加了 foobar 兩個鍵的值:

> MULTI
OK

> INCR foo
QUEUED

> INCR bar
QUEUED

> EXEC
1) (integer) 1
2) (integer) 1

EXEC 命令的回復是一個數組, 數組中的每個元素都是執行事務中的命令所產生的回復。 其中, 回復元素的先后順序和命令發送的先后順序一致。

當客戶端處于事務狀態時, 所有傳入的命令都會返回一個內容為 QUEUED 的狀態回復(status reply), 這些被入隊的命令將在 EXEC 命令被調用時執行。

事務中的錯誤?

使用事務時可能會遇上以下兩種錯誤:

  • 事務在執行 EXEC 之前,入隊的命令可能會出錯。比如說,命令可能會產生語法錯誤(參數數量錯誤,參數名錯誤,等等),或者其他更嚴重的錯誤,比如內存不足(如果服務器使用 maxmemory 設置了最大內存限制的話)。
  • 命令可能在 EXEC 調用之后失敗。舉個例子,事務中的命令可能處理了錯誤類型的鍵,比如將列表命令用在了字符串鍵上面,諸如此類。

對于發生在 EXEC 執行之前的錯誤,客戶端以前的做法是檢查命令入隊所得的返回值:如果命令入隊時返回 QUEUED ,那么入隊成功;否則,就是入隊失敗。如果有命令在入隊時失敗,那么大部分客戶端都會停止并取消這個事務。

不過,從 Redis 2.6.5 開始,服務器會對命令入隊失敗的情況進行記錄,并在客戶端調用 EXEC 命令時,拒絕執行并自動放棄這個事務。

在 Redis 2.6.5 以前, Redis 只執行事務中那些入隊成功的命令,而忽略那些入隊失敗的命令。 而新的處理方式則使得在流水線(pipeline)中包含事務變得簡單,因為發送事務和讀取事務的回復都只需要和服務器進行一次通訊。

至于那些在 EXEC 命令執行之后所產生的錯誤, 并沒有對它們進行特別處理: 即使事務中有某個/某些命令在執行時產生了錯誤, 事務中的其他命令仍然會繼續執行。

從協議的角度來看這個問題,會更容易理解一些。 以下例子中, LPOP 命令的執行將出錯, 盡管調用它的語法是正確的:

Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.

MULTI
+OK

SET a 3
abc

+QUEUED
LPOP a

+QUEUED
EXEC

*2
+OK
-ERR Operation against a key holding the wrong kind of value

EXEC 返回兩條批量回復(bulk reply): 第一條是 OK ,而第二條是 -ERR 。 至于怎樣用合適的方法來表示事務中的錯誤, 則是由客戶端自己決定的。

最重要的是記住這樣一條, 即使事務中有某條/某些命令執行失敗了, 事務隊列中的其他命令仍然會繼續執行 —— Redis 不會停止執行事務中的命令。

以下例子展示的是另一種情況, 當命令在入隊時產生錯誤, 錯誤會立即被返回給客戶端:

MULTI
+OK

INCR a b c
-ERR wrong number of arguments for 'incr' command

因為調用 INCR 命令的參數格式不正確, 所以這個 INCR 命令入隊失敗。

為什么 Redis 不支持回滾(roll back)?

如果你有使用關系式數據庫的經驗, 那么 “Redis 在事務失敗時不進行回滾,而是繼續執行余下的命令”這種做法可能會讓你覺得有點奇怪。

以下是這種做法的優點:

  • Redis 命令只會因為錯誤的語法而失敗(并且這些問題不能在入隊時發現),或是命令用在了錯誤類型的鍵上面:這也就是說,從實用性的角度來說,失敗的命令是由編程錯誤造成的,而這些錯誤應該在開發的過程中被發現,而不應該出現在生產環境中。
  • 因為不需要對回滾進行支持,所以 Redis 的內部可以保持簡單且快速。

有種觀點認為 Redis 處理事務的做法會產生 bug , 然而需要注意的是, 在通常情況下, 回滾并不能解決編程錯誤帶來的問題。 舉個例子, 如果你本來想通過 INCR 命令將鍵的值加上 1 , 卻不小心加上了 2 , 又或者對錯誤類型的鍵執行了 INCR , 回滾是沒有辦法處理這些情況的。

鑒于沒有任何機制能避免程序員自己造成的錯誤, 并且這類錯誤通常不會在生產環境中出現, 所以 Redis 選擇了更簡單、更快速的無回滾方式來處理事務。

放棄事務?

當執行 DISCARD 命令時, 事務會被放棄, 事務隊列會被清空, 并且客戶端會從事務狀態中退出:

redis> SET foo 1
OK

redis> MULTI
OK

redis> INCR foo
QUEUED

redis> DISCARD
OK

redis> GET foo
"1"

使用 check-and-set 操作實現樂觀鎖?

WATCH 命令可以為 Redis 事務提供 check-and-set (CAS)行為。

WATCH 的鍵會被監視,并會發覺這些鍵是否被改動過了。 如果有至少一個被監視的鍵在 EXEC 執行之前被修改了, 那么整個事務都會被取消, EXEC 返回空多條批量回復(null multi-bulk reply)來表示事務已經失敗。

舉個例子, 假設我們需要原子性地為某個值進行增 1 操作(假設 INCR 不存在)。

首先我們可能會這樣做:

val = GET mykey
val = val + 1
SET mykey $val

上面的這個實現在只有一個客戶端的時候可以執行得很好。 但是, 當多個客戶端同時對同一個鍵進行這樣的操作時, 就會產生競爭條件。

舉個例子, 如果客戶端 A 和 B 都讀取了鍵原來的值, 比如 10 , 那么兩個客戶端都會將鍵的值設為 11 , 但正確的結果應該是 12 才對。

有了 WATCH , 我們就可以輕松地解決這類問題了:

WATCH mykey

val = GET mykey
val = val + 1

MULTI
SET mykey $val
EXEC

使用上面的代碼, 如果在 WATCH 執行之后, EXEC 執行之前, 有其他客戶端修改了 mykey 的值, 那么當前客戶端的事務就會失敗。 程序需要做的, 就是不斷重試這個操作, 直到沒有發生碰撞為止。

這種形式的鎖被稱作樂觀鎖, 它是一種非常強大的鎖機制。 并且因為大多數情況下, 不同的客戶端會訪問不同的鍵, 碰撞的情況一般都很少, 所以通常并不需要進行重試。

了解 WATCH?

WATCH 使得 EXEC 命令需要有條件地執行: 事務只能在所有被監視鍵都沒有被修改的前提下執行, 如果這個前提不能滿足的話,事務就不會被執行。

Note

如果你使用 WATCH 監視了一個帶過期時間的鍵, 那么即使這個鍵過期了, 事務仍然可以正常執行, 關于這方面的詳細情況,請看這個帖子: http://code.google.com/p/redis/issues/detail?id=270

WATCH 命令可以被調用多次。 對鍵的監視從 WATCH 執行之后開始生效, 直到調用 EXEC 為止。

用戶還可以在單個 WATCH 命令中監視任意多個鍵, 就像這樣:

redis> WATCH key1 key2 key3
OK

EXEC 被調用時, 不管事務是否成功執行, 對所有鍵的監視都會被取消。

另外, 當客戶端斷開連接時, 該客戶端對鍵的監視也會被取消。

使用無參數的 UNWATCH 命令可以手動取消對所有鍵的監視。 對于一些需要改動多個鍵的事務, 有時候程序需要同時對多個鍵進行加鎖, 然后檢查這些鍵的當前值是否符合程序的要求。 當值達不到要求時, 就可以使用 UNWATCH 命令來取消目前對鍵的監視, 中途放棄這個事務, 并等待事務的下次嘗試。

使用 WATCH 實現 ZPOP?

WATCH 可以用于創建 Redis 沒有內置的原子操作。

舉個例子, 以下代碼實現了原創的 ZPOP 命令, 它可以原子地彈出有序集合中分值(score)最小的元素:

WATCH zset
element = ZRANGE zset 0 0
MULTI
    ZREM zset element
EXEC

程序只要重復執行這段代碼, 直到 EXEC 的返回值不是空多條回復(null multi-bulk reply)即可。

Redis 腳本和事務?

從定義上來說, Redis 中的腳本本身就是一種事務, 所以任何在事務里可以完成的事, 在腳本里面也能完成。 并且一般來說, 使用腳本要來得更簡單,并且速度更快。

因為腳本功能是 Redis 2.6 才引入的, 而事務功能則更早之前就存在了, 所以 Redis 才會同時存在兩種處理事務的方法。

不過我們并不打算在短時間內就移除事務功能, 因為事務提供了一種即使不使用腳本, 也可以避免競爭條件的方法, 而且事務本身的實現并不復雜。

不過在不遠的將來, 可能所有用戶都會只使用腳本來實現事務也說不定。 如果真的發生這種情況的話, 那么我們將廢棄并最終移除事務功能。

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