事务（transaction）

Note

本文档翻译自： http://redis.io/topics/transactions 。

MULTI 、 EXEC 、 DISCARD 和 WATCH 是 Redis 事务的基础。

事务可以一次执行多个命令，并且带有以下两个重要的保证：

  • 事务是一个单独的隔离操作：事务中的所有命令都会序列化、按顺序地执行。事务在执行的过程中，不会被其他客户端发送来的命令请求所打断。

  • 事务是一个原子操作：事务中的命令要么全部被执行，要么全部都不执行。

EXEC 命令负责触发并执行事务中的所有命令：

  • 如果客户端在使用 MULTI 开启了一个事务之后，却因为断线而没有成功执行 EXEC ，那么事务中的所有命令都不会被执行。

  • 另一方面，如果客户端成功在开启事务之后执行 EXEC ，那么事务中的所有命令都会被执行。

当使用 AOF 方式做持久化的时候， Redis 会使用单个 write(2) 命令将事务写入到磁盘中。

然而，如果 Redis 服务器因为某些原因被管理员杀死，或者遇上某种硬件故障，那么可能只有部分事务命令会被成功写入到磁盘中。

如果 Redis 在重新启动时发现 AOF 文件出了这样的问题，那么它会退出，并汇报一个错误。

使用 redis-check-aof 程序可以修复这一问题：它会移除 AOF 文件中不完整事务的信息，确保服务器可以顺利启动。

从 2.2 版本开始，Redis 还可以通过乐观锁（optimistic lock）实现 CAS （check-and-set）操作，具体信息请参考文档的后半部分。

用法

MULTI 命令用于开启一个事务，它总是返回 OK 。

MULTI 执行之后，客户端可以继续向服务器发送任意多条命令，这些命令不会立即被执行，而是被放到一个队列中，当 EXEC 命令被调用时，所有队列中的命令才会被执行。

另一方面，通过调用 DISCARD ，客户端可以清空事务队列，并放弃执行事务。

以下是一个事务例子，它原子地增加了 foo 和 bar 两个键的值：

  1. > MULTI
  2. OK
  3.  
  4. > INCR foo
  5. QUEUED
  6.  
  7. > INCR bar
  8. QUEUED
  9.  
  10. > EXEC
  11. 1) (integer) 1
  12. 2) (integer) 1

EXEC 命令的回复是一个数组，数组中的每个元素都是执行事务中的命令所产生的回复。其中，回复元素的先后顺序和命令发送的先后顺序一致。

当客户端处于事务状态时，所有传入的命令都会返回一个内容为 QUEUED 的状态回复（status reply），这些被入队的命令将在 EXEC 命令被调用时执行。

事务中的错误

使用事务时可能会遇上以下两种错误：

  • 事务在执行 EXEC 之前，入队的命令可能会出错。比如说，命令可能会产生语法错误（参数数量错误，参数名错误，等等），或者其他更严重的错误，比如内存不足（如果服务器使用 maxmemory 设置了最大内存限制的话）。

  • 命令可能在 EXEC 调用之后失败。举个例子，事务中的命令可能处理了错误类型的键，比如将列表命令用在了字符串键上面，诸如此类。

对于发生在 EXEC 执行之前的错误，客户端以前的做法是检查命令入队所得的返回值：如果命令入队时返回 QUEUED ，那么入队成功；否则，就是入队失败。如果有命令在入队时失败，那么大部分客户端都会停止并取消这个事务。

不过，从 Redis 2.6.5 开始，服务器会对命令入队失败的情况进行记录，并在客户端调用 EXEC 命令时，拒绝执行并自动放弃这个事务。

在 Redis 2.6.5 以前， Redis 只执行事务中那些入队成功的命令，而忽略那些入队失败的命令。而新的处理方式则使得在流水线（pipeline）中包含事务变得简单，因为发送事务和读取事务的回复都只需要和服务器进行一次通讯。

至于那些在 EXEC 命令执行之后所产生的错误，并没有对它们进行特别处理：即使事务中有某个/某些命令在执行时产生了错误，事务中的其他命令仍然会继续执行。

从协议的角度来看这个问题，会更容易理解一些。以下例子中，LPOP key 命令的执行将出错，尽管调用它的语法是正确的：

  1. Trying 127.0.0.1...
  2. Connected to localhost.
  3. Escape character is '^]'.
  4.  
  5. MULTI
  6. +OK
  7.  
  8. SET a 3
  9. abc
  10.  
  11. +QUEUED
  12. LPOP a
  13.  
  14. +QUEUED
  15. EXEC
  16.  
  17. *2
  18. +OK
  19. -ERR Operation against a key holding the wrong kind of value

EXEC 返回两条批量回复（bulk reply）：第一条是 OK ，而第二条是 -ERR 。至于怎样用合适的方法来表示事务中的错误，则是由客户端自己决定的。

最重要的是记住这样一条，即使事务中有某条/某些命令执行失败了，事务队列中的其他命令仍然会继续执行 ——Redis 不会停止执行事务中的命令。

以下例子展示的是另一种情况，当命令在入队时产生错误，错误会立即被返回给客户端：

  1. MULTI
  2. +OK
  3.  
  4. INCR a b c
  5. -ERR wrong number of arguments for 'incr' command

因为调用 INCR key 命令的参数格式不正确，所以这个 INCR key 命令入队失败。

为什么 Redis 不支持回滚（roll back）

如果你有使用关系式数据库的经验，那么 “Redis 在事务失败时不进行回滚，而是继续执行余下的命令”这种做法可能会让你觉得有点奇怪。

以下是这种做法的优点：

  • Redis 命令只会因为错误的语法而失败（并且这些问题不能在入队时发现），或是命令用在了错误类型的键上面：这也就是说，从实用性的角度来说，失败的命令是由编程错误造成的，而这些错误应该在开发的过程中被发现，而不应该出现在生产环境中。

  • 因为不需要对回滚进行支持，所以 Redis 的内部可以保持简单且快速。

有种观点认为 Redis 处理事务的做法会产生 bug ，然而需要注意的是，在通常情况下，回滚并不能解决编程错误带来的问题。举个例子，如果你本来想通过 INCR key 命令将键的值加上 1 ，却不小心加上了 2 ，又或者对错误类型的键执行了 INCR key ，回滚是没有办法处理这些情况的。

鉴于没有任何机制能避免程序员自己造成的错误，并且这类错误通常不会在生产环境中出现，所以 Redis 选择了更简单、更快速的无回滚方式来处理事务。

放弃事务

当执行 DISCARD 命令时，事务会被放弃，事务队列会被清空，并且客户端会从事务状态中退出：

  1. redis> SET foo 1
  2. OK
  3.  
  4. redis> MULTI
  5. OK
  6.  
  7. redis> INCR foo
  8. QUEUED
  9.  
  10. redis> DISCARD
  11. OK
  12.  
  13. redis> GET foo
  14. "1"

使用 check-and-set 操作实现乐观锁

WATCH 命令可以为 Redis 事务提供 check-and-set （CAS）行为。

被 WATCH 的键会被监视，并会发觉这些键是否被改动过了。如果有至少一个被监视的键在 EXEC 执行之前被修改了，那么整个事务都会被取消，EXEC 返回空多条批量回复（null multi-bulk reply）来表示事务已经失败。

举个例子，假设我们需要原子性地为某个值进行增 1 操作（假设 INCR key 不存在）。

首先我们可能会这样做：

  1. val = GET mykey
  2. val = val + 1
  3. SET mykey $val

上面的这个实现在只有一个客户端的时候可以执行得很好。但是，当多个客户端同时对同一个键进行这样的操作时，就会产生竞争条件。

举个例子，如果客户端 A 和 B 都读取了键原来的值，比如 10 ，那么两个客户端都会将键的值设为 11 ，但正确的结果应该是 12 才对。

有了 WATCH ，我们就可以轻松地解决这类问题了：

  1. WATCH mykey
  2.  
  3. val = GET mykey
  4. val = val + 1
  5.  
  6. MULTI
  7. SET mykey $val
  8. EXEC

使用上面的代码，如果在 WATCH 执行之后，EXEC 执行之前，有其他客户端修改了 mykey 的值，那么当前客户端的事务就会失败。程序需要做的，就是不断重试这个操作，直到没有发生碰撞为止。

这种形式的锁被称作乐观锁，它是一种非常强大的锁机制。并且因为大多数情况下，不同的客户端会访问不同的键，碰撞的情况一般都很少，所以通常并不需要进行重试。

了解 WATCH

WATCH 使得 EXEC 命令需要有条件地执行：事务只能在所有被监视键都没有被修改的前提下执行，如果这个前提不能满足的话，事务就不会被执行。

Note

如果你使用 WATCH 监视了一个带过期时间的键，那么即使这个键过期了，事务仍然可以正常执行，关于这方面的详细情况，请看这个帖子： http://code.google.com/p/redis/issues/detail?id=270

WATCH 命令可以被调用多次。对键的监视从 WATCH 执行之后开始生效，直到调用 EXEC 为止。

用户还可以在单个 WATCH 命令中监视任意多个键，就像这样：

  1. redis> WATCH key1 key2 key3
  2. OK

当 EXEC 被调用时，不管事务是否成功执行，对所有键的监视都会被取消。

另外，当客户端断开连接时，该客户端对键的监视也会被取消。

使用无参数的 UNWATCH 命令可以手动取消对所有键的监视。对于一些需要改动多个键的事务，有时候程序需要同时对多个键进行加锁，然后检查这些键的当前值是否符合程序的要求。当值达不到要求时，就可以使用 UNWATCH 命令来取消目前对键的监视，中途放弃这个事务，并等待事务的下次尝试。

使用 WATCH 实现 ZPOP

WATCH 可以用于创建 Redis 没有内置的原子操作。

举个例子，以下代码实现了原创的 ZPOP 命令，它可以原子地弹出有序集合中分值（score）最小的元素：

  1. WATCH zset
  2. element = ZRANGE zset 0 0
  3. MULTI
  4.     ZREM zset element
  5. EXEC

程序只要重复执行这段代码，直到 EXEC 的返回值不是空多条回复（null multi-bulk reply）即可。

Redis 脚本和事务

从定义上来说，Redis 中的脚本本身就是一种事务，所以任何在事务里可以完成的事，在脚本里面也能完成。并且一般来说，使用脚本要来得更简单，并且速度更快。

因为脚本功能是 Redis 2.6 才引入的，而事务功能则更早之前就存在了，所以 Redis 才会同时存在两种处理事务的方法。

不过我们并不打算在短时间内就移除事务功能，因为事务提供了一种即使不使用脚本，也可以避免竞争条件的方法，而且事务本身的实现并不复杂。

不过在不远的将来，可能所有用户都会只使用脚本来实现事务也说不定。如果真的发生这种情况的话，那么我们将废弃并最终移除事务功能。