Redis之(四)事务

时间:2023-12-23 16:55:56

5.1开始事务

MULTI 命令的执行标记着事务的开始:

Redis之(四)事务

当客户端处于非事务状态下时, 所有发送给服务器端的命令都会立即被服务器执行。

Redis 的事务不可嵌套, 当客户端已经处于事务状态, 而客户端又再向服务器发送 MULTI 时, 服务器只是简单地向客户端发送一个错误, 然后继续等待其他命令的入队。MULTI 命令的发送不会造成整个事务失败, 也不会修改事务队列中已有的数据。

5.2命令入队

但是, 当客户端进入事务状态之后, 服务器在收到来自客户端的命令时,不会立即执行命令, 而是将这些命令全部放进一个事务队列里, 然后返回 QUEUED , 表示命令已入队:

Redis之(四)事务

事务队列是一个数组, 每个数组项是都包含三个属性:

(1)要执行的命令(cmd)。

(2)命令的参数(argv)。

(3)参数的个数(argc)。

例如,客户端执行以下命令:

127.0.0.1:6379> MULTI

OK

127.0.0.1:6379> SET name "chenlongfei"

QUEUED

127.0.0.1:6379> GET name

QUEUED

127.0.0.1:6379> SADD tag "master" "Java" "engineer"

QUEUED

127.0.0.1:6379> SMEMBERS tag

QUEUED

程序将为客户端创建以下事务队列:

数组索引

命令

命令参数

命令个数

0

SET

[name “chenlongfei”]

2

1

GET

[name]

1

2

SADD

[tag "master" "Java" "engineer"]

4

3

SMEMBERS

[tag]

1

5.3命令执行

如果客户端正处于事务状态, 那么当 EXEC 命令执行时, 服务器根据客户端所保存的事务队列, 以先进先出(FIFO)的方式执行事务队列中的命令:最先入队的命令最先执行, 而最后入队的命令最后执行。

对于上面的命令队列而言,程序会首先执行 SET 命令, 然后执行 GET 命令, 再然后执行 SADD 命令, 最后执行 SMEMBERS 命令。

执行事务中的命令所得的结果会以FIFO 的顺序保存到一个回复队列中。

上面给出的事务队列,会得到如下回复队列:

数组索引

回复类型

回复内容

0

status code reply

OK

1

bulk reply

chenlongfei

2

integer reply

(integer) 3

3

multi-bulk reply

[ "engineer" "Java" "master"]

当事务队列里的所有命令被执行完之后, EXEC 命令会将回复队列作为自己的执行结果返回给客户端, 客户端从事务状态返回到非事务状态, 至此, 事务执行完毕。

5.4事务命令与非事务命令

无论在事务状态下, 还是在非事务状态下, Redis 命令都由同一个函数执行, 所以它们共享很多服务器的一般设置, 比如 AOF 的配置、RDB 的配置,以及内存限制,等等。

事务中的命令和普通命令在执行上还是有一点区别的,其中最重要的两点是:

(1)非事务状态下的命令以单个命令为单位执行,前一个命令和后一个命令的客户端不一定是同一个;而事务状态则是以一个事务为单位,执行事务队列中的所有命令,除非当前事务执行完毕,否则服务器不会中断事务,也不会执行其他客户端的其他命令

(2)在非事务状态下,执行命令所得的结果会立即被返回给客户端;而事务则是将所有命令的结果集合到回复队列,再作为 EXEC 命令的结果返回给客户端。

5.5取消事务

DISCARD 命令用于取消一个事务,它清空客户端的整个事务队列,然后将客户端从事务状态调整回非事务状态,最后返回字符串 OK 给客户端,说明事务已被取消。

127.0.0.1:6379> SET name chenlongfei  --设置姓名

OK

127.0.0.1:6379> MULTI

OK

127.0.0.1:6379> SET name clf  --在事务中更改姓名

QUEUED

127.0.0.1:6379> GET name

QUEUED

127.0.0.1:6379> DISCARD  --取消事务

OK

127.0.0.1:6379> GET name

"cehnlongfei"  --可见姓名并没有被更改

5.6 WATCH命令

WATCH 命令用于在事务开始之前监视任意数量的键:当调用 EXEC 命令执行事务时,如果任意一个被监视的键已经被其他客户端修改了,那么整个事务不再执行,直接返回失败。

例如:

127.0.0.1:6379> WATCH name  --监视name键

OK

127.0.0.1:6379> MULTI

OK

127.0.0.1:6379> SET name chenlongfei

QUEUED

127.0.0.1:6379> GET name

QUEUED

127.0.0.1:6379> EXEC

(nil)  --由于其他客户端对name键做了更新,导致事务失败

以下执行序列展示了上面的例子是如何失败的:

时间

客户端A

客户端B

T1

WATCH name

T2

MULTI

T3

SET name chenlongfei

T4

SET name clf

T5

GET name

在客户端A监视name键之后 ,客户端 B 修改了name 键的值, 当客户端 A 在 T5执行 EXEC 时,Redis 发现 name 这个被监视的键已经被修改, 因此客户端 A 的事务不会被执行,直接返回失败。

使用UNWATCH命令可以清除之前设置的所有监视。

在每个代表数据库的Redis.h/RedisDb结构类型中,保存了一个 watched_keys 字典,字典的键是这个数据库被监视的键,而字典的值则是一个链表,链表中保存了所有监视这个键的客户端。

如:

Redis之(四)事务

其中,键 key1 正在被client1 、 client2和client5三个客户端监视,其他一些键也分别被其他别的客户端监视着。

WATCH 命令的作用,就是将当前客户端和要监视的键在 watched_keys 中进行关联。

例如,如果当前客户端为client10086 ,那么当客户端执行 WATCH key1 key2 时,前面展示的 watched_keys 将被修改成这个样子:

Redis之(四)事务

通过 watched_keys 字典,如果程序想检查某个键是否被监视,那么它只要检查字典中是否存在这个键即可;如果程序要获取监视某个键的所有客户端, 那么只要取出键的值(一个链表),然后对链表进行遍历即可。

在任何对数据库键空间(keyspace)进行修改的命令成功执行之后 (比如 FLUSHDB 、 SET 、 DEL 、 LPUSH 、 SADD 、 ZREM ,诸如此类),multi.c/touchWatchedKey 函数都会被调用 —— 它检查数据库的 watched_keys 字典,看是否有客户端在监视已经被命令修改的键,如果有的话, 程序将所有监视这个/这些被修改键的客户端的 REDIS_DIRTY_CAS 选项打开:

Redis之(四)事务

当客户端发送 EXEC 命令、触发事务执行时,服务器会对客户端的状态进行检查:

如果客户端的 REDIS_DIRTY_CAS选项已经被打开,那么说明被客户端监视的键至少有一个已经被修改了,事务的安全性已经被破坏。服务器会放弃执行这个事务,直接向客户端返回空回复,表示事务执行失败。

如果 REDIS_DIRTY_CAS选项没有被打开,那么说明所有监视键都安全,服务器正式执行事务。

5.6 ACID 性质

在传统的关系式数据库中,常常用 ACID性质来检验事务功能的安全性:原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、持久性(Durability)

Redis 事务保证了其中的一致性和隔离性,但并不保证原子性和持久性

5.6.1原子性(Atomicity)

单个 Redis 命令的执行是原子性的,但Redis 没有在事务上增加任何维持原子性的机制,所以 Redis 事务的执行并不是原子性的。

如果一个事务队列中的所有命令都被成功地执行,那么称这个事务执行成功。

另一方面,如果 Redis 服务器进程在执行事务的过程中被停止 —— 比如接到 KILL 信号、宿主机器停机,等等,那么事务执行失败。

当事务失败时,Redis 也不会进行任何的重试或者回滚动作。

5.6.2一致性(Consistency)

Redis 的一致性问题可以分为三部分来讨论:入队错误、执行错误、Redis 进程被终结。

(1)入队错误

在命令入队的过程中,如果客户端向服务器发送了错误的命令,比如命令的参数数量不对,等等,服务器将向客户端返回一个出错信息,并且将客户端的事务状态设为REDIS_DIRTY_EXEC 。

当客户端执行 EXEC 命令时,Redis 会拒绝执行状态为 REDIS_DIRTY_EXEC 的事务,并返回失败信息。

因此,带有不正确入队命令的事务不会被执行,也不会影响数据库的一致性。

(2)执行错误

如果命令在事务执行的过程中发生错误,比如说对一个不同类型的 key 执行了错误的操作,那么 Redis 只会将错误包含在事务的结果中,这不会引起事务中断或整个失败,不会影响已执行事务命令的结果,也不会影响后面要执行的事务命令,所以它对事务的一致性也没有影响。

(3)Redis 进程被终结

如果 Redis 服务器进程在执行事务的过程中被其他进程终结,或者被管理员强制杀死,那么根据Redis 所使用的持久化模式,可能有以下情况出现:

内存模式:如果 Redis 没有采取任何持久化机制,那么重启之后的数据库总是空白的,所以数据总是一致的。

RDB 模式:在执行事务时,Redis 不会中断事务去执行保存 RDB 的工作,只有在事务执行之后,保存 RDB 的工作才有可能开始。所以当 RDB 模式下的 Redis 服务器进程在事务中途被杀死时,事务内执行的命令,不管成功了多少,都不会被保存到 RDB 文件里。恢复数据库需要使用现有的 RDB 文件,而这个 RDB 文件的数据保存的是最近一次的数据库快照,所以它的数据可能不是最新的,但只要RDB 文件本身没有因为其他问题而出错,那么还原后的数据库就是一致的。

AOF 模式:因为保存 AOF 文件的工作在后台线程进行,所以即使是在事务执行的中途,保存 AOF 文件的工作也可以继续进行,因此,根据事务语句是否被写入并保存到 AOF 文件,有以下两种情况发生:

1)如果事务语句未写入到 AOF 文件,或 AOF 未被SYNC 调用保存到磁盘,那么当进程被杀死之后,Redis 可以根据最近一次成功保存到磁盘的 AOF 文件来还原数据库,只要 AOF 文件本身没有因为其他问题而出错,那么还原后的数据库总是一致的,但其中的数据不一定是最新的。

2)如果事务的部分语句被写入到 AOF 文件,并且 AOF 文件被成功保存,那么不完整的事务执行信息就会遗留在 AOF 文件里,当重启 Redis 时,程序会检测到 AOF 文件并不完整,Redis 会退出,并报告错误。需要使用 Redis-check-aof 工具将部分成功的事务命令移除之后,才能再次启动服务器。还原之后的数据总是一致的,而且数据也是最新的(直到事务执行之前为止)。

5.6.3隔离性(Isolation)

Redis 是单进程程序,并且它保证在执行事务时,不会对事务进行中断,事务可以运行直到执行完所有事务队列中的命令为止。因此,Redis 的事务是总是带有隔离性的。

5.6.4持久性(Durability)

因为事务不过是用队列包裹起了一组 Redis 命令,并没有提供任何额外的持久性功能,所以事务的持久性由 Redis 所使用的持久化模式决定:

在单纯的内存模式下,事务肯定是不持久的。

在 RDB 模式下,服务器可能在事务执行之后、RDB 文件更新之前的这段时间失败,所以 RDB 模式下的 Redis 事务也是不持久的。

在 AOF 的“总是 SYNC ”模式下,事务的每条命令在执行成功之后,都会立即调用 fsync 或 fdatasync 将事务数据写入到 AOF 文件。但是,这种保存是由后台线程进行的,主线程不会阻塞直到保存成功,所以从命令执行成功到数据保存到硬盘之间,还是有一段非常小的间隔,所以这种模式下的事务也是不持久的。

其他 AOF 模式也和“总是 SYNC ”模式类似,所以它们都是不持久的。