Redis事務和分布式鎖

Redis事務

　　Redis中的事務(transaction)是一組命令的集合。事務同命令一樣都是Redis最小的執行單位，一個事務中的命令要么都執行，要么都不執行。Redis事務的實現需要用到 MULTI 和 EXEC 兩個命令，事務開始的時候先向Redis服務器發送 MULTI 命令，然后依次發送需要在本次事務中處理的命令，最后再發送 EXEC 命令表示事務命令結束。

　　舉個例子，使用redis-cli連接redis，然后在命令行工具中輸入如下命令：　　

　　從輸出中可以看到，當輸入MULTI命令后，服務器返回OK表示事務開始成功，然后依次輸入需要在本次事務中執行的所有命令，每次輸入一個命令服務器並不會馬上執行，而是返回”QUEUED”，這表示命令已經被服務器接受並且暫時保存起來，最后輸入EXEC命令后，本次事務中的所有命令才會被依次執行，可以看到最后服務器一次性返回了三個OK，這里返回的結果與發送的命令是按順序一一對應的，這說明這次事務中的命令全都執行成功了。

　　再舉個例子，在命令行工具中輸入如下命令：　　

　　和前面的例子一樣，先輸入MULTI最后輸入EXEC表示中間的命令屬於一個事務，不同的是中間輸入的命令有一個錯誤(set寫成了sett)，這樣因為有一個錯誤的命令導致事務中的其他命令都不執行了(通過后續的get命令可以驗證)，可見事務中的所有命令是同呼吸共命運的。

　　如果客戶端在發送EXEC命令之前斷線了，則服務器會清空事務隊列，事務中的所有命令都不會被執行。而一旦客戶端發送了EXEC命令之后，事務中的所有命令都會被執行，即使此后客戶端斷線也沒關系，因為服務器已經保存了事務中的所有命令。

　　除了保證事務中的所有命令要么全執行要么全不執行外，Redis的事務還能保證一個事務中的命令依次執行而不會被其他命令插入。試想一個客戶端A需要執行幾條命令，同時客戶端B發送了幾條命令，如果不使用事務，則客戶端B的命令有可能會插入到客戶端A的幾條命令中，如果想避免這種情況發生，也可以使用事務。　

　

Redis事務錯誤處理

　　如果一個事務中的某個命令執行出錯，Redis會怎樣處理呢？要回答這個問題，首先要搞清楚是什么原因導致命令執行出錯：

　　1.語法錯誤:就像上面的例子一樣，語法錯誤表示命令不存在或者參數錯誤，這種情況需要區分Redis的版本，Redis 2.6.5之前的版本會忽略錯誤的命令，執行其他正確的命令，2.6.5之后的版本會忽略這個事務中的所有命令，都不執行，就比如上面的例子(使用的Redis版本是2.8的)

　　2.運行錯誤 運行錯誤表示命令在執行過程中出現錯誤，比如用GET命令獲取一個散列表類型的鍵值。這種錯誤在命令執行之前Redis是無法發現的，所以在事務里這樣的命令會被Redis接受並執行。如果食物里有一條命令執行錯誤，其他命令依舊會執行（包括出錯之后的命令）。比如下例：　　

　　Redis中的事務並沒有關系型數據庫中的事務回滾(rollback)功能，因此使用者必須自己收拾剩下的爛攤子。不過由於Redis不支持事務回滾功能，這也使得Redis的事務簡潔快速。

　　回顧上面兩種類型的錯誤，語法錯誤完全可以在開發的時候發現並作出處理，另外如果能很好地規划Redis數據的鍵的使用，也是不會出現命令和鍵不匹配的問題的。　

　

WATCH、UNWATCH、DISCARD命令

　　從上面的例子我們可以看到，事務中的命令要全部執行完之后才能獲取每個命令的結果，但是如果一個事務中的命令B依賴於他上一個命令A的結果的話該怎么辦呢？就比如說實現類似Java中的i++的功能，先要獲取當前值，才能在當前值的基礎上做加一操作。這種場合僅僅使用上面介紹的MULTI和EXEC是不能實現的，因為MULTI和EXEC中的命令是一起執行的，並不能將其中一條命令的執行結果作為另一條命令的執行參數，所以這個時候就需要引進Redis事務家族中的另一成員：WATCH命令

　　換個角度思考上面說到的實現i++的方法，可以這樣實現：

1. 監控i的值，保證i的值不被修改
2. 獲取i的原值
3. 如果過程中i的值沒有被修改，則將當前的i值+1，否則不執行

　　這樣就能夠避免競態條件，保證i++能夠正確執行。

　　WATCH命令可以監控一個或多個鍵，一旦其中有一個鍵被修改（或刪除），之后的事務就不會執行，監控一直持續到EXEC命令（事務中的命令是在EXEC之后才執行的，EXEC命令執行完之后被監控的鍵會自動被UNWATCH）。舉個例子：　　

　　上面的例子中，首先設置mykey的鍵值為1，然后使用WATCH命令監控mykey，隨后更改mykey的值為2，然后進入事務，事務中設置mykey的值為3，然后執行EXEC運行事務中的命令，最后使用get命令查看mykey的值，發現mykey的值還是2，也就是說事務中的命令根本沒有執行（因為WATCH監控mykey的過程中，mykey被修改了，所以隨后的事務便會被取消）。

　　UNWATCH命令可以在WATCH命令執行之后、MULTI命令執行之前取消對某個鍵的監控。舉個例子：

　　上面的例子中，首先設置mykey的鍵值為1，然后使用WATCH命令監控mykey，隨后更改mykey的值為2，然后取消對mykey的監控，再進入事務，事務中設置mykey的值為3，然后執行EXEC運行事務中的命令，最后使用get命令查看mykey的值，發現mykey的值還是3，也就是說事務中的命令運行成功。

　　DISCARD命令則可以在MULTI命令執行之后，EXEC命令執行之前取消WATCH命令並清空事務隊列，然后從事務狀態中退出。舉個例子：

　　上面的例子中，首先設置mykey的鍵值為1，然后使用WATCH命令監控mykey，隨后更改mykey的值為2，然后進入事務，事務中設置mykey的值為3，然后執行DISCARD命令，再執行EXEC運行事務中的命令，發現報錯“ERR EXEC without MULTI”，說明DISCARD命令成功執行——取消WATCH命令並清空事務隊列，然后從事務狀態中退出。

 

Redis分布式鎖

　　上面介紹的Redis的WATCH、MULTI和EXEC命令，只會在數據被其他客戶端搶先修改的情況下，通知執行這些命令的客戶端，讓它撤銷對數據的修改操作，並不能阻止其他客戶端對數據進行修改，所以只能稱之為樂觀鎖（optimistic locking）。

　　而這種樂觀鎖並不具備可擴展性——當客戶端嘗試完成一個事務的時候，可能會因為事務執行失敗而進行反復的重試。保證數據准確性非常重要，但是當負載變大的時候，使用樂觀鎖的做法並不完美。這時就需要使用Redis實現分布式鎖。

　　分布式鎖：是控制分布式系統之間同步訪問共享資源的一種方式。在分布式系統中，常常需要協調他們的動作。如果不同的系統或是同一個系統的不同主機之間共享了一個或一組資源，那么訪問這些資源的時候，往往需要互斥來防止彼此干擾來保證一致性，在這種情況下，便需要使用到分布式鎖。

　　Redis命令介紹：

　　Redis實現分布式鎖主要用到命令是SETNX命令（SET if Not eXists）。
　　語法：SETNX key value
　　功能：當且僅當 key 不存在，將 key 的值設為 value ，並返回1；若給定的 key 已經存在，則 SETNX 不做任何動作，並返回0。

　　使用Redis構建鎖：

　　思路：將“lock:”+參數名設置為鎖的鍵，使用SETNX命令嘗試將一個隨機的uuid設置為鎖的值，並為鎖設置過期時間，使用SETNX設置鎖的值可以防止鎖被其他進程獲取。如果嘗試獲取鎖的時候失敗，那么程序將不斷重試，直到成功獲取鎖或者超過給定是時限為止。

　　代碼：　　

public String acquireLockWithTimeout(
        Jedis conn, String lockName, long acquireTimeout, long lockTimeout)
    {
        String identifier = UUID.randomUUID().toString();   //鎖的值
        String lockKey = "lock:" + lockName;     //鎖的鍵
        int lockExpire = (int)(lockTimeout / 1000);     //鎖的過期時間

        long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;     //嘗試獲取鎖的時限
        while (System.currentTimeMillis() < end) {      //判斷是否超過獲取鎖的時限
            if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1){  //判斷設置鎖的值是否成功
                conn.expire(lockKey, lockExpire);   //設置鎖的過期時間
                return identifier;          //返回鎖的值
            }
            if (conn.ttl(lockKey) == -1) {      //判斷鎖是否超時
                conn.expire(lockKey, lockExpire);
            }

            try {
                Thread.sleep(1000);    //等待1秒后重新嘗試設置鎖的值
            }catch(InterruptedException ie){
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
        // 獲取鎖失敗時返回null
        return null;
    }

　　鎖的釋放：

　　思路：使用WATCH命令監視代表鎖的鍵，然后檢查鍵的值是否和加鎖時設置的值相同，並在確認值沒有變化后刪除該鍵。

　　代碼：　　

public boolean releaseLock(Jedis conn, String lockName, String identifier) {
        String lockKey = "lock:" + lockName;    //鎖的鍵

        while (true){
            conn.watch(lockKey);    //監視鎖的鍵
            if (identifier.equals(conn.get(lockKey))){  //判斷鎖的值是否和加鎖時設置的一致，即檢查進程是否仍然持有鎖
                Transaction trans = conn.multi();
                trans.del(lockKey);             //在Redis事務中釋放鎖
                List<Object> results = trans.exec();
                if (results == null){   
                    continue;       //事務執行失敗后重試（監視的鍵被修改導致事務失敗，重新監視並釋放鎖）
                }
                return true;
            }

            conn.unwatch();     //解除監視
            break;
        }
        return false;
    }

　　

　　通過在客戶端上面實現一個真正的鎖（非樂觀鎖），將會為程序帶來更好的性能，更簡單易用的API，但是與此同時，請記住Redis並不會主動使用這個自制的分布式鎖，我們必須自己使用這個鎖來代替WATCH命令，或者協同WATCH命令一起工作，從而保證數據的准確性與一致性。

 

 

　　參考：

　　http://qifuguang.me/2015/09/30/Redis%E4%BA%8B%E5%8A%A1%E4%BB%8B%E7%BB%8D/

　　http://blog.csdn.net/ugg/article/details/41894947