知其所以然~redis的原子性


原子性

原子性是數據庫的事務中的特性。在數據庫事務的情景下,原子性指的是:一個事務(transaction)中的所有操作,要么全部完成,要么全部不完成,不會結束在中間某個環節。
對於Redis而言,命令的原子性指的是:一個操作的不可以再分,操作要么執行,要么不執行。

Redis操作原子性的原因

Redis的操作之所以是原子性的,是因為Redis是單線程的
由於對操作系統相關的知識不是很熟悉,從上面這句話並不能真正理解Redis操作是原子性的原因,進一步查閱進程與線程的概念及其區別。

進程與線程

  • 進程
    計算機中已執行程序的實體。比如,一個啟動了的php-fpm,就是一個進程。
  • 線程
    操作系統能夠進行運算調度的最小單元。它被包含在進程之中,是進程的實際運作單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流,一個進程中可以並發多個線程,每條線程並行執行不同的任務。比如,mysql運行時,mysql啟動后,該mysql服務就是一個進程,而mysql的連接、查詢的操作,就是線程。

進程與線程的區別

  • 資源(如打開文件):進程間的資源相互獨立,同一進程的各線程間共享資源。某進程的線程在其他進程不可見。
  • 通信:進程間通信:消息傳遞、同步、共享內存、遠程過程調用、管道。線程間通信:直接讀寫進程數據段(需要進程同步和互斥手段的輔助,以保證數據的一致性)。
  • 調度和切換:線程上下文切換比進程上下文切換要快得多。
    線程,是操作系統最小的執行單元,在單線程程序中,任務一個一個地做,必須做完一個任務后,才會去做另一個任務。

Redis在並發中的表現

Redis的API是原子性的操作,那么多個命令在並發中也是原子性的嗎?
看看下面這段代碼:

$redis= newRedis();
$redis->connect('127.0.0.1',6379);
for($i= 0;$iget('val');
$num++;
$redis->set('val',$num);
usleep(10000);
}

用兩個終端執行上面的程序,發現val的結果是小於2000的值,那么可以知道,在程序中執行多個Redis命令並非是原子性的,這也和普通數據庫的表現是一樣的。
如果想在上面的程序中實現原子性,可以將get和set改成單命令操作,比如incr,或者使用Redis的事務,或者使用Redis+Lua的方式實現。

原子性總結

綜上所述,對Redis來說,執行get、set以及eval等API,都是一個一個的任務,這些任務都會由Redis的線程去負責執行,任務要么執行成功,要么執行失敗,這就是Redis的命令是原子性的原因。

Redis本身提供的所有API都是原子操作,Redis中的事務其實是要保證批量操作的原子性。

事務

MULTI 、 EXEC 、 DISCARD 和 WATCH 是 Redis 事務相關的命令。事務可以一次執行多個命令, 並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。

事務的關鍵字

  • EXEC 命令負責觸發並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,並匯報一個錯誤。
    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。

事務的語句

> MULTI
OK
> INCR foo
QUEUED
> INCR bar
QUEUED
> EXEC
1) (integer) 1
2) (integer) 1

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(並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, 回滾並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。


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