redis事務及相關指令介紹

一、概述​​：

和眾多其它資料庫一樣，Redis作為NoSQL資料庫也同樣提供了事務機制。在Redis中，MULTI/EXEC/DISCARD/WATCH這四個命令是我們實現交易的基石。相信對有關係型資料庫開發經驗的開發者而言這一概念並不陌生，即便如此，我們還是會簡要的列出Redis中事務的實現特徵：（推薦：redis視頻教程）

1). 在事務中的所有命令都將會被串行化的順序執行，事務執行期間，Redis不會再為其它客戶端的請求提供任何服務，從而保證了事物中的所有命令被原子的執行。

2). 和關係型資料庫中的事務相比，在Redis事務中如果有某一條命令執行失敗，其後的命令仍然會被繼續執行。

3). 我們可以透過MULTI指令開啟一個事務，有關係型資料庫開發經驗的人可以將其理解為"BEGIN TRANSACTION"語句。在該語句之後執行的命令都會被視為事務之內的操作，最後我們可以透過執行EXEC/DISCARD指令來提交/回滾該交易內的所有操作。這兩個Redis指令可被視為等同於關係型資料庫中的COMMIT/ROLLBACK語句。

4). 在交易開啟之前，如果客戶端與伺服器之間出現通訊故障並導致網路斷開，其後所有待執行的語句都將不會被伺服器執行。然而如果網路中斷事件是發生在客戶端執行EXEC命令之後，那麼該事務中的所有命令都會被伺服器執行。

5). 當使用Append-Only模式時，Redis會透過呼叫系統函數write將該交易內的所有寫入操作在本次呼叫中全部寫入磁碟。然而如果在寫入的過程中出現系統崩潰，如電源故障導致的宕機，那麼此時也許只有部分資料被寫入到磁碟，而另外一部分資料卻已經遺失。

Redis伺服器會在重新啟動時執行一系列必要的一致性檢測，一旦發現類似問題，就會立即退出並給出相應的錯誤提示。此時，我們就要充分利用Redis工具包中提供的redis-check-aof工具，該工具可以幫助我們定位到資料不一致的錯誤，並將已經寫入的部分資料回滾。修復之後我們就可以再次重新啟動Redis伺服器了。

二、相關指令清單：

##傳回值D

指令原型	時間複雜度	指令描述
M U #L T ##I		用於標記事務的開始，其後執行的命令都會存入指令佇列，直到執行EXEC時，這些指令才會被原子的執行。	總是回傳OK
##E X E ##C	執行在一個交易內命令佇列中的所有指令，同時將目前連線的狀態還原為正常狀態，即非交易狀態。如果在交易中執行了WATCH指令，那麼只有當WATCH所監控的Keys沒有被修改的前提下，EXEC指令才能執行交易佇列中的所有指令，否則EXEC將放棄目前交易中的所有指令。	原子性的回傳事務中各條指令的回傳結果。如果在事務中使用了WATCH，一旦事務被放棄，EXEC將返回NULL-multi-bulk回應。
I S C A R D		回滾交易佇列中的所有指令，同時再將目前連線的狀態還原為正常狀態，即非交易狀態。如果WATCH指令被使用，則該指令將UNWATCH所有的Keys。	總是回傳OK。
W A T C H k e y  [key ...]	#O(1)	在MULTI指令執行之前，可以指定待監控的Keys，然而在執行EXEC之前，如果被監控的Keys發生修改，EXEC將放棄執行該事務佇列中的所有命令。	總是回傳OK。
U N W A T C H	O(1)	取消目前交易中指定監控的Keys，如果執行了EXEC或DISCARD指令，則無需再手動執行該指令了，因為在此之後，事務中所有被監控的Keys都將自動取消。	總是回傳OK。

三、命令範例：

1、事務被正常執行：
#在Shell命令列下執行Redis的客戶端工具。

 /> redis-cli

#在目前連線上啟動一個新的交易。

redis 127.0.0.1:6379> multi
OK

#執行事務中的第一條指令，從該指令的回傳結果可以看出，該指令並沒有立即執行，而是存於交易的指令佇列。

redis 127.0.0.1:6379> incr t1
QUEUED

#又執行一個新的指令，從結果可以看出，該指令也被存於交易的指令佇列。

redis 127.0.0.1:6379> incr t2
QUEUED

#執行事務命令佇列中的所有命令，從結果可以看出，佇列中命令的結果會傳回。

redis 127.0.0.1:6379> exec
1) (integer) 1
2) (integer) 1

2、 事務中存在失敗的指令：
#開啟一個新的交易。

redis 127.0.0.1:6379> multi
OK

#設定鍵a的值為string類型的3。

redis 127.0.0.1:6379> set a 3
QUEUED

#從鍵a所關聯的值的頭部彈出元素，由於該值是字串類型，而lpop指令僅能用於List類型，因此在執行exec指令時，該命令將會失敗。

redis 127.0.0.1:6379> lpop a
QUEUED

#再次設定鍵a的值為字串4。

redis 127.0.0.1:6379> set a 4
QUEUED

#取得鍵a的值，以便確認該值是否被交易中的第二個set指令設定成功。

redis 127.0.0.1:6379> get a
QUEUED

#從結果可以看出，事務中的第二個指令lpop執行失敗，而其後的set與get指令都執行成功，這點是Redis的事務與關係型資料庫中的事務之間最為重要的差異。
redis 127.0.0.1:6379> exec
1) OK
2) (error) ERR Operation against a key holding the wrong kind of value
3) OK
4) "4"
3、回滾事務：
#為鍵t2設定一個事務執行前的值。

redis 127.0.0.1:6379> set t2 tt
OK

#開啟一個交易。

redis 127.0.0.1:6379> multi
OK

#在交易內為該鍵設定一個新值。

redis 127.0.0.1:6379> set t2 ttnew
QUEUED

#放棄事務。

redis 127.0.0.1:6379> discard
OK

#查看鍵t2的值，從結果可以看出該鍵的值仍為交易開始之前的值。

redis 127.0.0.1:6379> get t2
"tt"

四、WATCH指令與基於CAS的樂觀鎖定：

在Redis的交易中，WATCH指令可用於提供CAS(check -and-set)功能。假設我們透過WATCH指令在事務執行之前監控了多個Keys，倘若在WATCH之後有任何Key的值發生了變化，EXEC命令執行的事務都將被放棄，同時返回Null multi-bulk應答以通知呼叫者事務執行失敗。

例如，我們再次假設Redis中並未提供incr指令來完成鍵值的原子性遞增，如果要實現該功能，我們只能自行編寫對應的程式碼。其偽碼如下：

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

以上程式碼只有在單一連線的情況下才可以保證執行結果是正確的，因為如果在同一時刻有多個客戶端在同時執行該段程式碼，那麼就會出現多執行緒程式中常出現的一種錯誤場景--競態爭用(race condition)。

例如，客戶端A和B都在同一時刻讀取了mykey的原有值，假設該值為10，此後兩個客戶端又均將該值加一後set回Redis伺服器，這樣就會導致mykey的結果為11，而不是我們認為的12。為了解決類似的問題，我們需要藉助WATCH指令的幫助，請看以下程式碼：

      WATCH mykey
      val = GET mykey
      val = val + 1
      MULTI
      SET mykey $val
      EXEC

和先前程式碼不同的是，新程式碼在取得mykey的值之前先透過WATCH指令監控了該鍵，此後又將set命令包圍在事務中，這樣就可以有效的保證每個連接在執行EXEC之前，如果當前連接獲取的mykey的值被其它連接的客戶端修改，那麼當前連接的EXEC命令將執行失敗。這樣呼叫者在判斷回傳值後就可以獲悉val是否重新設定成功。

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