剖析！Redis事務(wù)實(shí)現(xiàn)原理

作者 | Video++極鏈科后端Team劉聰

整理 | 包包

所謂事務(wù)(Transaction) ，是指作為單個(gè)邏輯工作單元執(zhí)行的一系列操作。事務(wù)必須滿足ACID原則(原子性、一致性、隔離性和持久性)。簡單來說事務(wù)其實(shí)就是打包一組操作（或者命令）作為一個(gè)整體，在事務(wù)處理時(shí)將順序執(zhí)行這些操作，并返回結(jié)果，如果其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，所有的操作將被回滾。

在Redis中實(shí)現(xiàn)事務(wù)主要依靠以下幾個(gè)命令來實(shí)現(xiàn)：

Redis事務(wù)從開始到結(jié)束通常會通過三個(gè)階段:

1.事務(wù)開始

2.命令入隊(duì)

3.事務(wù)執(zhí)行

以下是一個(gè)最簡單的Redis事務(wù)流程：

第一步跟其他的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫類似，也是需要開啟一個(gè)事務(wù)，在Redis中的命令如下：

Redis中使用MULTI命令標(biāo)記事務(wù)的開始，可以理解為在傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的BEGIN TRANCATION語句，Redis將執(zhí)行該命令的客戶端從非事務(wù)狀態(tài)切換成事務(wù)狀態(tài)，這一切換是通過在客戶端狀態(tài)的flags屬性中打開REDIS_MULTI標(biāo)識完成, 我們看下Redis中對應(yīng)部分的源碼實(shí)現(xiàn)：

在打開事務(wù)標(biāo)識的客戶端里，這些命令都會被暫存到一個(gè)命令隊(duì)列里，不會因?yàn)橛脩魰妮斎攵⒓磮?zhí)行。

第二步就是執(zhí)行事務(wù)內(nèi)路基，即真正的業(yè)務(wù)邏輯：

最后一個(gè)階段是提交事務(wù)(或者回滾事務(wù))：

這兩個(gè)命令可被視為等同于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的COMMIT/ROLLBACK語句。

這里需要注意的是，在客戶端打開了事務(wù)標(biāo)識后，只有命令：EXEC，DISCARD，WATCH，MULTI命令會被立即執(zhí)行，其它命令服務(wù)器不會立即執(zhí)行，而是將這些命令放入到一個(gè)事務(wù)隊(duì)列里面，然后向客戶端返回一個(gè)QUEUED回復(fù) ；Redis客戶端有自己的事務(wù)狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)保存在客戶端狀態(tài)mstate屬性中，mstate的結(jié)構(gòu)體類型是multiState，我們看下multiState的定義：

我們再看下結(jié)構(gòu)體類型multiCmd的結(jié)構(gòu)：

事務(wù)隊(duì)列以先進(jìn)先出的保存方法，較先入隊(duì)的命令會被放到數(shù)組的前面，而較后入隊(duì)的命令則會被放到數(shù)組的后面。

當(dāng)開啟事務(wù)標(biāo)識的客戶端發(fā)送EXEC命令的時(shí)候，服務(wù)器就會執(zhí)行，客戶端對應(yīng)的事務(wù)隊(duì)列里的命令，我們來看下EXEC 的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)：

最后我們再回顧一下事務(wù)本身的特性， 在傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的事務(wù)必須依靠ACID來保證事務(wù)的可靠性和安全性，在Redis中事務(wù)總是具有一致性(Consistency)和隔離性(Isolation)，并且當(dāng)Redis運(yùn)行在某種特定的持久化模式下，事務(wù)也具有耐久性(Durability)； 但是并不總是能夠保證原子性(Atomicity)，在正常狀態(tài)下一個(gè)事務(wù)的所有命令是能按照原子性的原則執(zhí)行的，但是執(zhí)行的中途遇到錯(cuò)誤，不會回滾，而是繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)命令, 如下：

如果在set k2 v2處失敗，set k1已成功不會回滾，set k3還會繼續(xù)執(zhí)行；Redis的事務(wù)和傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫事務(wù)的最大區(qū)別在于，Redis不支持事務(wù)的回滾機(jī)制，即使事務(wù)隊(duì)列中的某個(gè)命令在執(zhí)行期間出現(xiàn)錯(cuò)誤，整個(gè)事務(wù)也會繼續(xù)執(zhí)行下去，直到將事務(wù)隊(duì)列中的所有命令都執(zhí)行完畢為止，我們看下面的例子：

Redis的作者在事務(wù)功能的文檔中解釋說，不支持事務(wù)回滾是因?yàn)檫@種復(fù)雜的功能和Redis追求的簡單高效的設(shè)計(jì)主旨不符合，并且他認(rèn)為，Redis事務(wù)的執(zhí)行時(shí)，錯(cuò)誤通常都是編程錯(cuò)誤造成的，這種錯(cuò)誤通常只會出現(xiàn)在開發(fā)環(huán)境中，而很少會在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境中出現(xiàn)，所以他認(rèn)為沒有必要為Redis開發(fā)事務(wù)回滾功能。所以我們在討論Redis事務(wù)回滾的時(shí)候，一定要區(qū)分命令發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候。