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Redis事務為什么不支持回滾

前言

事務是關系型數據庫的特征之一，那么作為 Nosql 的代表 Redis 中有事務嗎？如果有，那么 Redis 當中的事務又是否具備關系型數據庫的 ACID 四大特性呢？

Redis 有事務嗎

這個答案可能會令很多人感到意外，Redis 當中是存在“事務”的。這里我把 Redis 的事務帶了引號，原因在后面分析。

Redis 當中的單個命令都是原子操作，但是如果我們需要把多個命令組合操作又需要保證數據的一致性時，就可以考試使用 Redis 提供的事務（或者使用前面介紹的 Lua 腳本）。

Redis 當中，通過下面 4 個命令來實現事務：

multi：開啟事務
exec：執(zhí)行事務
discard：取消事務
watch：監(jiān)視

Redis 的事務主要分為以下 3 步：

執(zhí)行命令 multi 開啟一個事務。
開啟事務之后執(zhí)行的命令都會被放入一個隊列，如果成功之后會固定返回 QUEUED。
執(zhí)行命令 exec 提交事務之后，Redis 會依次執(zhí)行隊列里面的命令，并依次返回所有命令結果（如果想要放棄事務，可以執(zhí)行 discard 命令）。

接下來讓我們依次執(zhí)行以下命令來體會一下 Redis 當中的事務：

multi //開啟事務
set name lonely_wolf //設置 name，此時 Redis 會將命令放入隊列
set age 18  //設值 age，此時 Redis 會將命令放入隊列
get name  //獲取 name，此時 Redis 會將命令放入隊列
exec //提交事務，此時會依次執(zhí)行隊列里的命令，并依次返回結果

執(zhí)行完成之后得到如下效果：

Redis 事務實現原理

Redis 中每個客戶端都有記錄當前客戶端的事務狀態(tài) multiState，下面就是一個客戶端 client 的數據結構定義：

typedef struct client {
    uint64_t id;//客戶端唯一 id
    multiState mstate; //MULTI 和 EXEC 狀態(tài)(即事務狀態(tài))
    //...省略其他屬性
} client;

multiState 數據結構定義如下：

typedef struct multiState {
    multiCmd *commands;//存儲命令的 FIFO 隊列
    int count;//命令總數
    //...省略了其他屬性
} multiState;

multiCmd 是一個隊列，用來接收并存儲開啟事務之后發(fā)送的命令，其數據結構定義如下：

typedef struct multiCmd {
    robj **argv;//用來存儲參數的數組
    int argc;//參數的數量
    struct redisCommand *cmd;//命令指針
} multiCmd;

我們以上面事務的示例截圖中事務為例，可以得到如下所示的一個簡圖：

Redis 事務 ACID 特性

傳統(tǒng)的關系型數據庫中，一個事務一般都具有 ACID 特性。那么現在就讓我們來分析一下 Redis 是否也滿足這 ACID 四大特性。

A - 原子性

在討論事務的原子性之前，我們先來看 2 個例子。

模擬事務在執(zhí)行命令前發(fā)生異常。依次執(zhí)行以下命令：

multi //開啟事務
set name lonely_wolf //設置 name，此時 Redis 會將命令放入隊列
get  //執(zhí)行一個不完成的命令，此時會報錯
exec //在發(fā)生異常后提交事務

最終得到了如下圖所示的結果，我們可以看到，當命令入隊的時候報錯時，事務已經被取消了：

模擬事務在執(zhí)行命令前發(fā)生異常。依次執(zhí)行以下命令：

flushall //為了防止影響，先清空數據庫
multi //開啟事務
set name lonely_wolf //設置 name，此時 Redis 會將命令放入隊列
incr name  //這個命令只能用于 value 為整數的字符串對象，此時執(zhí)行會報錯
exec //提交事務，此時在執(zhí)行第一條命令成功，執(zhí)行第二條命令失敗
get name //獲取 name 的值

最終得到了如下圖所示的結果，我們可以看到，當執(zhí)行事務報錯的時候，之前已經成功的命令并沒有被回滾，也就是說在執(zhí)行事務的時候某一個命令失敗了，并不會影響其他命令的執(zhí)行，即 Redis 的事務并不會回滾：

Redis 中的事務為什么不會滾

這個問題的答案在 Redis 官網中給出了明確的解釋：

總結起來主要就是 3 個原因：

Redis 作者認為發(fā)生事務回滾的原因大部分都是程序錯誤導致，這種情況一般發(fā)生在開發(fā)和測試階段，而生產環(huán)境很少出現。
對于邏輯性錯誤，比如本來應該把一個數加 1 ，但是程序邏輯寫成了加 2，那么這種錯誤也是無法通過事務回滾來進行解決的。
Redis 追求的是簡單高效，而傳統(tǒng)事務的實現相對比較復雜，這和 Redis 的設計思想相違背。

C - 一致性

一致性指的就是事務執(zhí)行前后的數據符合數據庫的定義和要求。這一點 Redis 中的事務是符合要求的，上面講述原子性的時候已經提到，不論是發(fā)生語法錯誤還是運行時錯誤，錯誤的命令均不會被執(zhí)行。

I - 隔離性

事務中的所有命令都會按順序執(zhí)行，在執(zhí)行 Redis 事務的過程中，另一個客戶端發(fā)出的請求不可能被服務，這保證了命令是作為單獨的獨立操作執(zhí)行的。所以 Redis 當中的事務是符合隔離性要求的。

D - 持久性

如果 Redis 當中沒有被開啟持久化，那么就是純內存運行的，一旦重啟，所有數據都會丟失，此時可以認為 Redis 不具備事務的持久性；而如果 Redis 開啟了持久化，那么可以認為 Redis 在特定條件下是具備持久性的。

watch 命令

上面我們講述 Redis 中事務時，提到的的常用命令還有一個 watch 命令，這個又是做什么用的呢？我們還是先來看一個例子。

首先打開一個客戶端一，依次執(zhí)行以下命令：

flushall  //清空數據庫
multi     //開啟事務
get name  //獲取 name，此時正常返回 nil
set name lonely_wolf //設置 name
get name //獲取 name，此時正常應該返回 lonely_wolf

得到如下效果圖：

這時候我們先不執(zhí)行事務，打開另一個客戶端二，來執(zhí)行一個命令 set name zhangsan：

客戶端二執(zhí)行成功了，這時候再返回到客戶端一執(zhí)行 exec 命令：

可以發(fā)現，第一句話返回了 zhangsan。也就是說，name 這個 key 值在入隊之后到 exec 之前發(fā)生了變化，一旦發(fā)生這種情況，可能會引起很嚴重的問題，所以在關系型數據庫可以通過鎖來解決這種問題，那么 Redis 當中試如何解決的呢？

是的，在 Redis 當中就是通過 watch 命令來處理這種場景的。

watch 命令的作用

watch 命令可以為 Redis 事務提供 CAS 樂觀鎖行為，它可以在 exec 命令執(zhí)行之前，監(jiān)視任意 key 值的變化，也就是說當多個線程更新同一個 key 值的時候，會跟原值做比較，一旦發(fā)現它被修改過，則拒絕執(zhí)行命令，并且會返回 nil 給客戶端。

下面還是讓我們通過一個示例來演示一下。

打開一個客戶端一，依次執(zhí)行如下命令：

flushall  //清空數據庫
watch name //監(jiān)視 name
multi     //開啟事務
set name lonely_wolf //設置 name
set age 18 // 設置 age
get name   //獲取 name
get age    //獲取 age

執(zhí)行之后得到如下效果圖：

這時候再打開一個客戶端二，執(zhí)行 set name zhangsan命令：

然后再回到客戶端一執(zhí)行 exec命令。這時候會發(fā)現直接返回了 nil，也就是事務中所有的命令都沒有被執(zhí)行（即：只要檢測到一個 key 值被修改過，那么整個事務都不會被執(zhí)行）：

watch 原理分析

下面是一個 Redis 服務的數據結構定義：

typedef struct redisDb {
    dict *watched_keys;  //被 watch 命令監(jiān)視的 key
    int id;           //Database ID
    //...省略了其他屬性
} redisDb;

可以看到，redisDb 中的 watched_keys 存儲了一個字典，這個字典當中的 key 存的就是被監(jiān)視的 key ，然后字典的值存的就是客戶端 id。然后每個客戶端還有一個標記屬性 CLIENT_DIRTY_CAS，一旦我們執(zhí)行了一些如 set，sadd 等能修改 key 值對應 value 的命令，那么客戶端的 CLIENT_DIRTY_CAS 標記屬性將會被修改，后面執(zhí)行事務提交命令 exec 時發(fā)現客戶端的標記屬性被修改過（樂觀鎖的體現），則會拒絕執(zhí)行事務。