Redis教程(八)：事务详解

一、概述：

      和众多其它数据库一样，redis作为nosql数据库也同样提供了事务机制。在redis中，multi/exec/discard/watch这四个命令是我们实现事务的基石。相信对有关系型数据库开发经验的开发者而言这一概念并不陌生，即便如此，我们还是会简要的列出redis中事务的实现特征：

      1). 在事务中的所有命令都将会被串行化的顺序执行，事务执行期间，redis不会再为其它客户端的请求提供任何服务，从而保证了事物中的所有命令被原子的执行。

      2). 和关系型数据库中的事务相比，在redis事务中如果有某一条命令执行失败，其后的命令仍然会被继续执行。
      3). 我们可以通过multi命令开启一个事务，有关系型数据库开发经验的人可以将其理解为"begin transaction"语句。在该语句之后执行的命令都将被视为事务之内的操作，最后我们可以通过执行exec/discard命令来提交/回滚该事务内的所有操作。这两个redis命令可被视为等同于关系型数据库中的commit/rollback语句。

      4). 在事务开启之前，如果客户端与服务器之间出现通讯故障并导致网络断开，其后所有待执行的语句都将不会被服务器执行。然而如果网络中断事件是发生在客户端执行exec命令之后，那么该事务中的所有命令都会被服务器执行。

      5). 当使用append-only模式时，redis会通过调用系统函数write将该事务内的所有写操作在本次调用中全部写入磁盘。然而如果在写入的过程中出现系统崩溃，如电源故障导致的宕机，那么此时也许只有部分数据被写入到磁盘，而另外一部分数据却已经丢失。redis服务器会在重新启动时执行一系列必要的一致性检测，一旦发现类似问题，就会立即退出并给出相应的错误提示。此时，我们就要充分利用redis工具包中提供的redis-check-aof工具，该工具可以帮助我们定位到数据不一致的错误，并将已经写入的部分数据进行回滚。修复之后我们就可以再次重新启动redis服务器了。

二、相关命令列表：

命令原型	时间复杂度	命令描述	返回值
multi		用于标记事务的开始，其后执行的命令都将被存入命令队列，直到执行exec时，这些命令才会被原子的执行。	始终返回ok
exec		执行在一个事务内命令队列中的所有命令，同时将当前连接的状态恢复为正常状态，即非事务状态。如果在事务中执行了watch命令，那么只有当watch所监控的keys没有被修改的前提下，exec命令才能执行事务队列中的所有命令，否则exec将放弃当前事务中的所有命令。	原子性的返回事务中各条命令的返回结果。如果在事务中使用了watch，一旦事务被放弃，exec将返回null-multi-bulk回复。
discard		回滚事务队列中的所有命令，同时再将当前连接的状态恢复为正常状态，即非事务状态。如果watch命令被使用，该命令将unwatch所有的keys。	始终返回ok。
watchkey [key ...]	o(1)	在multi命令执行之前，可以指定待监控的keys，然而在执行exec之前，如果被监控的keys发生修改，exec将放弃执行该事务队列中的所有命令。	始终返回ok。
unwatch	o(1)	取消当前事务中指定监控的keys，如果执行了exec或discard命令，则无需再手工执行该命令了，因为在此之后，事务中所有被监控的keys都将自动取消。	始终返回ok。

三、命令示例：

   1. 事务被正常执行：
  

    #在shell命令行下执行redis的客户端工具。
    /> redis-cli
    #在当前连接上启动一个新的事务。
    redis 127.0.0.1:6379> multi
    ok
    #执行事务中的第一条命令，从该命令的返回结果可以看出，该命令并没有立即执行，而是存于事务的命令队列。
    redis 127.0.0.1:6379> incr t1
    queued
    #又执行一个新的命令，从结果可以看出，该命令也被存于事务的命令队列。
    redis 127.0.0.1:6379> incr t2
    queued
    #执行事务命令队列中的所有命令，从结果可以看出，队列中命令的结果得到返回。
    redis 127.0.0.1:6379> exec
    1) (integer) 1
    2) (integer) 1
  

   
   2. 事务中存在失败的命令：
  

    #开启一个新的事务。
    redis 127.0.0.1:6379> multi
    ok
    #设置键a的值为string类型的3。
    redis 127.0.0.1:6379> set a 3
    queued
    #从键a所关联的值的头部弹出元素，由于该值是字符串类型，而lpop命令仅能用于list类型，因此在执行exec命令时，该命令将会失败。
    redis 127.0.0.1:6379> lpop a
    queued
    #再次设置键a的值为字符串4。
    redis 127.0.0.1:6379> set a 4
    queued
    #获取键a的值，以便确认该值是否被事务中的第二个set命令设置成功。
    redis 127.0.0.1:6379> get a
    queued
    #从结果中可以看出，事务中的第二条命令lpop执行失败，而其后的set和get命令均执行成功，这一点是redis的事务与关系型数据库中的事务之间最为重要的差别。
    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. 回滚事务：
  

    #为键t2设置一个事务执行前的值。
    redis 127.0.0.1:6379> set t2 tt
    ok
    #开启一个事务。
    redis 127.0.0.1:6379> multi
    ok
    #在事务内为该键设置一个新值。
    redis 127.0.0.1:6379> set t2 ttnew
    queued
    #放弃事务。
    redis 127.0.0.1:6379> discard
    ok
    #查看键t2的值，从结果中可以看出该键的值仍为事务开始之前的值。
    redis 127.0.0.1:6379> get t2
    "tt"

四、watch命令和基于cas的乐观锁：

      在redis的事务中，watch命令可用于提供cas(check-and-set)功能。假设我们通过watch命令在事务执行之前监控了多个keys，倘若在watch之后有任何key的值发生了变化，exec命令执行的事务都将被放弃，同时返回null multi-bulk应答以通知调用者事务执行失败。例如，我们再次假设redis中并未提供incr命令来完成键值的原子性递增，如果要实现该功能，我们只能自行编写相应的代码。其伪码如下：
  

      val = get mykey
      val = val + 1
      set mykey $val
  

      以上代码只有在单连接的情况下才可以保证执行结果是正确的，因为如果在同一时刻有多个客户端在同时执行该段代码，那么就会出现多线程程序中经常出现的一种错误场景--竞态争用(race condition)。比如，客户端a和b都在同一时刻读取了mykey的原有值，假设该值为10，此后两个客户端又均将该值加一后set回redis服务器，这样就会导致mykey的结果为11，而不是我们认为的12。为了解决类似的问题，我们需要借助watch命令的帮助，见如下代码：
  

      watch mykey
      val = get mykey
      val = val + 1
      multi
      set mykey $val
      exec
  

      和此前代码不同的是，新代码在获取mykey的值之前先通过watch命令监控了该键，此后又将set命令包围在事务中，这样就可以有效的保证每个连接在执行exec之前，如果当前连接获取的mykey的值被其它连接的客户端修改，那么当前连接的exec命令将执行失败。这样调用者在判断返回值后就可以获悉val是否被重新设置成功。