Redis：事务（transaction）

关于“Redis事务”

Redis 中的事务（transaction）是一组命令的集合，至少是两个或两个以上的命令，Redis 事务保证这些命令被执行时中间不会被任何其他操作打断。

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：

1. 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。
2. 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。

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：
1、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。
2、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。

事务命令

一个事务从开始到执行会经历以下三个阶段：

1. 开始事务。
2. 命令入队。
3. 执行/放弃事务。

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

Redis事务命令

命令	描述
MULTI	标记一个事务块的开始。 它总是返回 OK。 客户端可以继续向服务器发送任意多条命令，所有传入的命令都会返回一个内容为 QUEUED 的状态回复（status reply）。 这些命令被放到一个队列中，当 EXEC 命令被调用时，队列中的所有命令才会被按序执行。
EXEC	执行事务内所有的命令。 如果没有成功执行 EXEC（因为断线等），那么事务中的所有命令都不会被执行；如果成功执行 EXEC，那么事务中的所有命令都会被执行。 其回复是一个数组，数组中的每个元素都是执行事务中的命令所产生的回复（回复元素的先后顺序和命令发送的先后顺序一致）。
DISCARD	取消事务。 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。
WATCH key [key ...]	监视一个（或多个) key。 如果在事务执行之前这个（或这些) key 被其他命令所改动，那么事务就不会被执行。
UNWATCH	取消 WATCH 命令对所有 key 的监视。

示例

1. 示例1：以 MULTI 开始一个事务， 然后将多个命令入队到事务中， 最后由 EXEC 命令触发事务， 一并执行事务中的所有命令：

   redis 127.0.0.1:6379> MULTI
   OK
   
   redis 127.0.0.1:6379> SET book-name "Mastering C++ in 21 days"
   QUEUED
   
   redis 127.0.0.1:6379> GET book-name
   QUEUED
   
   redis 127.0.0.1:6379> SADD tag "C++" "Programming" "Mastering Series"
   QUEUED
   
   redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS tag
   QUEUED
   
   redis 127.0.0.1:6379> EXEC
   1) OK
   2) "Mastering C++ in 21 days"
   3) (integer) 3
   4) 1) "Mastering Series"
      2) "C++"
      3) "Programming"
   

2. 示例二：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：

   redis> SET foo 1
   OK
   
   redis> MULTI
   OK
   
   redis> INCR foo
   QUEUED
   
   redis> DISCARD
   OK
   
   redis> GET foo
   "1"
   

事务中的错误

使用事务时可能会遇上两种错误：

1. 在执行 EXEC 之前，命令入队出错。

   比如：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）。

2. 在执行 EXEC 之后，命令执行出错。

   比如：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。

在执行 EXEC 之前，命令入队出错

命令入队时出错，将会导致放弃事务：

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。


1、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。
2、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。

示例：

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

MULTI
+OK

INCR a b c
-ERR wrong number of arguments for 'incr' command

在执行 EXEC 之后，命令执行出错

命令执行期间出错，事务队列中的其他命令将会继续执行：

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。

示例：

LPOP 命令的执行将出错，尽管调用它的语法是正确的：

MULTI
+OK

SET a 3
abc

+QUEUED
LPOP a

+QUEUED
EXEC

*2
+OK
-ERR Operation against a key holding the wrong kind of value

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。

监视的使用【注意】：

• 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。
• 还可以在单个 WATCH 命令中监视任意多个键：

  redis> WATCH key1 key2 key3
  OK
  

• 如果使用 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。

监视的取消【注意】：

• 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。
• 使用无参数的 UNWATCH 命令可以手动取消对所有键的监视。
• 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 Watch 实现 ZPOP

WATCH 可以用于创建 Redis 没有内置的原子操作。

示例：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：

WATCH zset
element = ZRANGE zset 0 0
MULTI
    ZREM zset element
EXEC

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

使用 Watch 操作实现乐观锁（check-and-set）

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 不存在）。

首先我们可能会这样做：

val = GET mykey
val = val + 1
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：

比如：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：

WATCH mykey

val = GET mykey
val = val + 1

MULTI
SET mykey $val
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。

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。

FAQ

【关于：Redis 事务“不支持回滚，不保证原子性”】

单个 Redis 命令的执行是原子性的，但 Redis 没有在事务上增加任何维持原子性的机制，所以“Redis 事务的执行并不是原子性的”：

事务可以理解为一个打包的批量执行脚本，但批量指令并非原子化的操作，中间某条指令的失败不会导致前面已做指令的回滚，也不会造成后续的指令不做。

即：【不支持回滚，不保证原子性】（支持回滚的复杂操作会使 Redis 放弃其简单高效的特性）

如：

redis 127.0.0.1:7000> multi
OK
redis 127.0.0.1:7000> set a aaa
QUEUED
redis 127.0.0.1:7000> set b bbb
QUEUED
redis 127.0.0.1:7000> set c ccc
QUEUED
redis 127.0.0.1:7000> exec
1) OK
2) ERR - . . .
3) OK

如果 exec 在执行 set b bbb 处失败，set a 已成功不会回滚，set c 还会继续执行。

【关于：“原子操作”和“原子性”】

Redis 事务是一个原子操作，即：“事务中的命令要么全部被执行，要么全部都不执行”。

开启了事务之后：如果没有成功执行 EXEC，那么事务中的所有命令都不会被执行；如果成功执行 EXEC，那么事务中的所有命令都会被执行。

Redis 事务并不能保证操作的“原子性”，即：“该成功的成功，该失败的失败”。

Redis 收到 EXEC 命令后进入事务执行，事务中任意命令执行失败，其余的命令依然被执行。

为什么 Redis 不支持回滚（roll back）？

不同于关系式数据库，“Redis 在事务失败时不进行回滚，而是继续执行余下的命令”，其优点在于：

1. 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。
2. 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 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，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。