[導(dǎo)讀]?騰訊面試官：「數(shù)據(jù)庫事務(wù)機(jī)制了解么？」「內(nèi)心獨白：小意思，不就ACID嘛，轉(zhuǎn)眼一想，我面試的可是技術(shù)專家，不會這么簡單的問題吧」程許遠(yuǎn)：「balabala……極其自信且從容淡定的說了一通。」?騰訊面試官：「Redis的事務(wù)了解么？它的事務(wù)機(jī)制能實現(xiàn)ACID屬性么？」程許遠(yuǎn)：「撓...
?騰訊面試官：「數(shù)據(jù)庫事務(wù)機(jī)制了解么？」「內(nèi)心獨白：小意思，不就 ACID 嘛，轉(zhuǎn)眼一想，我面試的可是技術(shù)專家，不會這么簡單的問題吧」程許遠(yuǎn)：「balabala…… 極其自信且從容淡定的說了一通。」
?騰訊面試官：「Redis 的事務(wù)了解么？它的事務(wù)機(jī)制能實現(xiàn) ACID 屬性么？」程許遠(yuǎn)：「撓頭，這個……我知道 lua 腳本能實現(xiàn)事務(wù)…」騰訊面試官：「好的，回去等通知吧?！?/p>
?碼哥，我跟著你學(xué)習(xí)了 《Redis 系列》斬獲了很多 offer，沒想到最后敗在了 「Redis 如何實現(xiàn)事務(wù)？」這個問題上。我們來一步步分析：
- 什么是事務(wù) ACID？
- Redis 如何實現(xiàn)事務(wù)？
- Redis 的事務(wù)能實現(xiàn)哪些屬性？
- Lua 腳本實現(xiàn)。
什么是事務(wù)的 ACID
鬼吹燈之《云南蟲谷》中的摸金校尉有句話叫「合則生，分則死」，為了尋找雮塵珠他們?nèi)朔止っ鞔_、齊心協(xié)力共進(jìn)退方可成功。事務(wù)（Transaction）是并發(fā)控制單位，一個操作序列組合而成，這些操作要么都執(zhí)行，要么都不執(zhí)行。「是一個不可分割的工作單位」。事務(wù)在執(zhí)行時，會提供專門的屬性保證：- 原子性（Atomicity）：一個事務(wù)的多個操作必須完成，或者都不完成（ps：MySQL 的原子性靠什么實現(xiàn)呢？歡迎留言區(qū)評論）；
- 一致性（Consistency）：事務(wù)執(zhí)行結(jié)束后，數(shù)據(jù)庫的完整性約束沒有被破壞，事務(wù)執(zhí)行的前后順序都是合法數(shù)據(jù)狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫的完整性約束包括但不限于：
- 實體完整性（如行的主鍵存在且唯一）；
- 列完整性（如字段的類型、大小、長度要符合要求）
- 外鍵約束；
- 用戶自定義完整性（如轉(zhuǎn)賬前后，兩個賬戶余額的和應(yīng)該不變）。
- 隔離性（Isolation）：事務(wù)內(nèi)部的操作與其他事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個事務(wù)之間不能互相干擾。講究的是不同事務(wù)之間的相互影響，嚴(yán)格的隔離性對應(yīng)隔離級別中的可串行化（Serializable）。
- 持久性（Durability）：事務(wù)一旦提交，所有的修改將永久的保存到數(shù)據(jù)庫中，即使系統(tǒng)崩潰重啟后數(shù)據(jù)也不會丟失。
?碼哥，了解了 ACID 的具體要求后，Redis 是如何實現(xiàn)事務(wù)機(jī)制呢？
Redis 如何實現(xiàn)事務(wù)
MULTI、EXEC、DISCARD 和 WATCH 命令是 Redis 實現(xiàn)事務(wù)的的基礎(chǔ)。Redis 事務(wù)的執(zhí)行過程包含三個步驟：- 開啟事務(wù)；
- 命令入隊；
- 執(zhí)行事務(wù)或丟棄；
顯式開啟一個事務(wù)
客戶端通過MULTI 命令顯式地表示開啟一個事務(wù)，隨后的命令將排隊緩存，并不會實際執(zhí)行。命令入隊
客戶端把事務(wù)中的要執(zhí)行的一系列指令發(fā)送到服務(wù)端。需要注意的是，雖然指令發(fā)送到服務(wù)端，但是 Redis 實例只是把這一系列指令暫存在一個命令隊列中，并不會立刻執(zhí)行。執(zhí)行事務(wù)或丟棄
客戶端向服務(wù)端發(fā)送提交或者丟棄事務(wù)的命令，讓 Redis 執(zhí)行第二步中發(fā)送的具體指令或者清空隊列命令，放棄執(zhí)行。Redis 只需在調(diào)用 EXEC 時，即可安排隊列命令執(zhí)行。也可通過 DISCARD 丟棄第二步中保存在隊列中的命令。Redis 事務(wù)案例
通過在線調(diào)試網(wǎng)站執(zhí)行我們的樣例代碼：https://try.redis.io正常執(zhí)行
通過MULTI 和 EXEC 執(zhí)行一個事務(wù)過程：#?開啟事務(wù)
>?MULTI
OK
#?開始定義一些列指令
>?SET?“公眾號:碼哥字節(jié)”?"粉絲?100?萬"
QUEUED
>?SET?"order"?"30"
QUEUED
>?SET?"文章數(shù)"?666
QUEUED
>?GET?"文章數(shù)"
QUEUED
#?實際執(zhí)行事務(wù)
>?EXEC
1)?OK
2)?OK
3)?OK
4)?"666"
我們看到每個讀寫指令執(zhí)行后的返回結(jié)果都是 QUEUED，表示謝謝操作都被暫存到了命令隊列，還沒有實際執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行了 EXEC 命令，就可以看到具體每個指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)。放棄事務(wù)
通過MULTI 和 DISCARD丟棄隊列命令：#?初始化訂單數(shù)
>?SET?"order:mobile"?100
OK
#?開啟事務(wù)
>?MULTI
OK
#?訂單?-?1
>?DECR?"order:mobile"
QUEUED
#?丟棄丟列命令
>?DISCARD
OK
#?數(shù)據(jù)沒有被修改
>?GET?"order:mobile"
"100"
?碼哥，Redis 的事務(wù)能保證 ACID 特性么？這個問題問得好，我們一起來分析下。
Redis 事務(wù)滿足 ACID？
Redis 事務(wù)可以一次執(zhí)行多個命令， 并且?guī)в幸韵氯齻€重要的保證：- 批量指令在執(zhí)行 EXEC 命令之前會放入隊列暫存；
- 收到 EXEC 命令后進(jìn)入事務(wù)執(zhí)行，事務(wù)中任意命令執(zhí)行失敗，其余的命令依然被執(zhí)行；
- 事務(wù)執(zhí)行過程中，其他客戶端提交的命令不會插入到當(dāng)前命令執(zhí)行的序列中。
原子性
?碼哥，如果事務(wù)執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤了，原子性能保證么？在事務(wù)期間，可能遇到兩種命令錯誤：
- 在執(zhí)行
EXEC命令前，發(fā)送的指令本身就錯誤。如下： - 參數(shù)數(shù)量錯誤；
- 命令名稱錯誤，使用了不存在的命令；
- 內(nèi)存不足（Redis 實例使用
maxmemory指令配置內(nèi)存限制）。 - 在執(zhí)行
EXEC命令后，命令可能會失敗。例如，命令和操作的數(shù)據(jù)類型不匹配（對 String 類型 的 value 執(zhí)行了 List 列表操作）； - 在執(zhí)行事務(wù)的
EXEC命令時。Redis 實例發(fā)生了故障導(dǎo)致事務(wù)執(zhí)行失敗。
EXEC 執(zhí)行前報錯
在命令入隊時，Redis 就會報錯并且記錄下這個錯誤。此時，我們還能繼續(xù)提交命令操作。等到執(zhí)行了EXEC命令之后，Redis 就會拒絕執(zhí)行所有提交的命令操作，返回事務(wù)失敗的結(jié)果。這樣一來，事務(wù)中的所有命令都不會再被執(zhí)行了，保證了原子性。如下是指令入隊發(fā)生錯誤，導(dǎo)致事務(wù)失敗的例子：#開啟事務(wù)
>?MULTI
OK
#發(fā)送事務(wù)中的第一個操作，但是Redis不支持該命令，返回報錯信息
127.0.0.1:6379>?PUT?order?6
(error)?ERR?unknown?command?`PUT`,?with?args?beginning?with:?`order`,?`6`,
#發(fā)送事務(wù)中的第二個操作，這個操作是正確的命令，Redis把該命令入隊
>?DECR?b:stock
QUEUED
#實際執(zhí)行事務(wù)，但是之前命令有錯誤，所以Redis拒絕執(zhí)行
>?EXEC
(error)?EXECABORT?Transaction?discarded?because?of?previous?errors.
EXEC 執(zhí)行后報錯
事務(wù)操作入隊時，命令和操作的數(shù)據(jù)類型不匹配，但 Redis 實例沒有檢查出錯誤。但是，在執(zhí)行完 EXEC 命令以后，Redis 實際執(zhí)行這些指令，就會報錯。敲黑板了：Redis 雖然會對錯誤指令報錯，但是事務(wù)依然會把正確的命令執(zhí)行完，這時候事務(wù)的原子性就無法保證了！?碼哥，為什么 Redis 不支持回滾？其實，Redis 中并沒有提供回滾機(jī)制。雖然 Redis 提供了 DISCARD 命令。但是，這個命令只能用來主動放棄事務(wù)執(zhí)行，把暫存的命令隊列清空，起不到回滾的效果。
EXEC 執(zhí)行時，發(fā)生故障
如果 Redis 開啟了 AOF 日志，那么，只會有部分的事務(wù)操作被記錄到 AOF 日志中。我們需要使用 redis-check-aof 工具檢查 AOF 日志文件，這個工具可以把未完成的事務(wù)操作從 AOF 文件中去除。這樣一來，我們使用 AOF 恢復(fù)實例后，事務(wù)操作不會再被執(zhí)行，從而保證了原子性。簡單總結(jié)：- 命令入隊時就報錯，會放棄事務(wù)執(zhí)行，保證原子性；
- 命令入隊時沒報錯，實際執(zhí)行時報錯，不保證原子性；
- EXEC 命令執(zhí)行時實例故障，如果開啟了 AOF 日志，可以保證原子性。
一致性
一致性會受到錯誤命令、實例故障發(fā)生時機(jī)的影響，按照命令出錯實例故障兩個維度的發(fā)生時機(jī)，可以分三種情況分析。EXEC 執(zhí)行前，入隊報錯
事務(wù)會被放棄執(zhí)行，所以可以保證一致性。EXEC 執(zhí)行后，實際執(zhí)行時報錯
有錯誤的執(zhí)行不會執(zhí)行，正確的指令可以正常執(zhí)行，一致性可以保證。EXEC 執(zhí)行時，實例故障
實例故障后會進(jìn)行重啟，這就和數(shù)據(jù)恢復(fù)的方式有關(guān)了，我們要根據(jù)實例是否開啟了 RDB 或 AOF 來分情況討論下。如果我們沒有開啟 RDB 或 AOF，那么，實例故障重啟后，數(shù)據(jù)都沒有了，數(shù)據(jù)庫是一致的。如果我們使用了 RDB 快照，因為 RDB 快照不會在事務(wù)執(zhí)行時執(zhí)行。所以，事務(wù)命令操作的結(jié)果不會被保存到 RDB 快照中，使用 RDB 快照進(jìn)行恢復(fù)時，數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)也是一致的。如果我們使用了 AOF 日志，而事務(wù)操作還沒有被記錄到 AOF 日志時，實例就發(fā)生了故障，那么，使用 AOF 日志恢復(fù)的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是一致的。如果只有部分操作被記錄到了 AOF 日志，我們可以使用 redis-check-aof 清除事務(wù)中已經(jīng)完成的操作，數(shù)據(jù)庫恢復(fù)后也是一致的。隔離性
事務(wù)執(zhí)行又可以分成命令入隊（EXEC 命令執(zhí)行前）和命令實際執(zhí)行（EXEC 命令執(zhí)行后）兩個階段。所以在并發(fā)執(zhí)行的時候我們針對這兩個階段分兩種情況分析：- 并發(fā)操作在
EXEC命令前執(zhí)行，隔離性需要通過WATCH機(jī)制保證； - 并發(fā)操作在
EXEC命令之后，隔離性可以保證。
?碼哥，什么是 WATCH 機(jī)制？我們重點來看第一種情況：一個事務(wù)的 EXEC 命令還沒有執(zhí)行時，事務(wù)的命令操作是暫存在命令隊列中的。此時，如果有其它的并發(fā)操作，同樣的 key 被修改，需要看事務(wù)是否使用了
WATCH 機(jī)制。WATCH 機(jī)制的作用是：在事務(wù)執(zhí)行前，監(jiān)控一個或多個鍵的值變化情況，當(dāng)事務(wù)調(diào)用 EXEC 命令執(zhí)行時，WATCH 機(jī)制會先檢查監(jiān)控的鍵是否被其它客戶端修改了。如果修改了，就放棄事務(wù)執(zhí)行，避免事務(wù)的隔離性被破壞。同時，客戶端可以再次執(zhí)行事務(wù)，此時，如果沒有并發(fā)修改事務(wù)數(shù)據(jù)的操作了，事務(wù)就能正常執(zhí)行，隔離性也得到了保證。
持久性
如果 Redis 沒有使用 RDB 或 AOF，那么事務(wù)的持久化屬性肯定得不到保證。如果 Redis 使用了 RDB 模式，那么，在一個事務(wù)執(zhí)行后，而下一次的 RDB 快照還未執(zhí)行前，如果發(fā)生了實例宕機(jī)，數(shù)據(jù)丟失，這種情況下，事務(wù)修改的數(shù)據(jù)也是不能保證持久化的。如果 Redis 采用了 AOF 模式，因為 AOF 模式的三種配置選項 no、everysec 和 always 都會存在數(shù)據(jù)丟失的情況。所以，事務(wù)的持久性屬性也還是得不到保證。不管 Redis 采用什么持久化模式，事務(wù)的持久性屬性是得不到保證的。總結(jié)
- Redis 具備了一定的原子性，但不支持回滾。
- Redis 具備 ACID 中一致性的概念。點)
- Redis 具備隔離性。
- Redis 無法保證持久性。
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