Redis緩存技術(shù)學(xué)習(xí)系列之事務(wù)處理
在本系列的***篇文章中，我們主要針對Redis中的“鍵”和“值”進(jìn)行了學(xué)習(xí)。我們可以注意到，Redis是一個C/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，在我們目前的認(rèn)知中，它是通過終端中的一條條命令來存儲和讀取的，即它是一個非常典型的“請求-響應(yīng)”模型。可是我們知道在實(shí)際的應(yīng)用中，我們要面對的或許是更為復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，因?yàn)镽edis中不存在傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中表的概念，因此在使用Redis的過程中，我們要面對兩個實(shí)際的問題，即如何更好的維護(hù)數(shù)據(jù)庫中的”鍵“、如何在高效執(zhí)行命令的同時保證命令執(zhí)行成功。對于前者，我認(rèn)為這是一個設(shè)計上的問題，而對于后者，我認(rèn)為這是一個技術(shù)上的問題。所以，這篇文章的核心內(nèi)容就是找到這兩個問題的答案。帶著這樣的問題出發(fā)，我們就可以正式進(jìn)入這篇文章的主題：Redis中的事務(wù)處理。
從數(shù)據(jù)庫事務(wù)說起
通常我們提及數(shù)據(jù)庫都不可避免的要提到事務(wù)，那么什么是事務(wù)呢?事務(wù)是指作為單個邏輯工作單元執(zhí)行的一系列操作。所以，首先事務(wù)是一系列操作，這一系列操作具有二態(tài)性，即完全地執(zhí)行或者完全地不執(zhí)行。因此事務(wù)處理可以確保除非事務(wù)單元內(nèi)的所有操作的成功完成，否則不會***更新面向數(shù)據(jù)的資源。我們這里舉一個例子，數(shù)據(jù)庫中除查詢操作以外，插入(Insert)、刪除(Delete)和更新(Update)這三種操作都會對數(shù)據(jù)造成影響，因?yàn)槭聞?wù)處理能夠保證一系列操作可以完全地執(zhí)行或者完全不執(zhí)行，因此在一個事務(wù)被提交以后，該事務(wù)中的任何一條SQL語句在被執(zhí)行的時候，都會生成一條撤銷日志(Undo Log)，而撤銷日志中記錄的是和當(dāng)前擦作完全相反的操作，比如刪除的相反操作是插入，插入的相反操作是刪除等。我們通常所說的事務(wù)回滾其實(shí)就是去執(zhí)行這些插銷日志里的相反操作，這同樣告訴我們一個道理，只有事務(wù)中的一系列操作完全執(zhí)行的情況下可以回滾，如果是在意外情況下導(dǎo)致事務(wù)中的一系列操作沒有完全執(zhí)行，這個時候我們是不能保證數(shù)據(jù)一定可以回滾的。
在數(shù)據(jù)庫相關(guān)理論中，一個邏輯工作單元想要成為事務(wù)，就必須滿足ACID，即原子性、一致性、隔離性和持久性。(1)：原子性這個概念其實(shí)就是指，一個事務(wù)內(nèi)的所有SQL操作都是一個整體，因此只有所有的SQL操作都完全執(zhí)行成功，該事務(wù)方可以認(rèn)為提交成功。如果在提交事務(wù)過程中某一條SQL語句執(zhí)行失敗，則整個事務(wù)必須回滾到事務(wù)提交前的狀態(tài)。(2)：而一致性這個概念則是指，事務(wù)在完成的時候，必須要保證所有的數(shù)據(jù)都保持一致的狀態(tài)，而落實(shí)到數(shù)據(jù)庫的各個組成部分上，則要求開發(fā)人員能夠保證數(shù)據(jù)、索引、約束、日志等在事務(wù)前后具備一致性。(3)：隔離性這個概念主要針對并發(fā)，其核心思想就是不同的并發(fā)事務(wù)對數(shù)據(jù)產(chǎn)生的修改必須是相互隔離的，假設(shè)有兩個不同的事務(wù)A和B并發(fā)執(zhí)行，那么對A來講，它在執(zhí)行前的狀態(tài)只有兩種，即B執(zhí)行前和B執(zhí)行后。同理，對B來講同樣是如此，這樣的特性我們就稱為隔離性。(4)：持久性相對簡單，是指事務(wù)完成以后它對數(shù)據(jù)的影響是***性的。
Redis中的事務(wù)處理
好了，截止到目前為止，我們對數(shù)據(jù)庫中事務(wù)處理的相關(guān)理論有了一個基本的認(rèn)識，或許這個世界上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)千差萬別，但我相信在事務(wù)處理這個問題上它們最終會殊途同歸，就像我們解決并發(fā)過程中的沖突問題，常規(guī)的做法依然是加鎖一樣，這是我之所以要花費(fèi)精力去理解和解釋這些理論知識的原因，技術(shù)可謂是日新月異，如果我們總是一味地為新技術(shù)而疲于奔命，那么或許我們會漸漸地失去對這個行業(yè)的熱愛，我相信原理永遠(yuǎn)比框架更為重要，沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過計算機(jī)專業(yè)的課程，這件事情讓我至今都頗為遺憾。Redis中的事務(wù)是可以視為一個隊(duì)列，即我們可以通過MULTI開始一個事務(wù)，這相當(dāng)于我們聲明了一個命令隊(duì)列。接下來，我們向Redis中提交的每條命令，都會被排入這個命令隊(duì)列。當(dāng)我們輸入EXEC命令時，將觸發(fā)當(dāng)前事務(wù)，這相當(dāng)于我們從命令隊(duì)列中取出命令并執(zhí)行，所以Redis中一個事務(wù)從開始到執(zhí)行會經(jīng)歷 開始事務(wù) 、 命令入隊(duì) 和 執(zhí)行事務(wù) 三個階段。下面是一個在Redis中使用事務(wù)的簡單示例：
- 127.0.0.1:6379> MULTI
- OK
- 127.0.0.1:6379> SET Book_Name "GIt Pro"
- QUEUED
- 127.0.0.1:6379> SADD Program_Language "C++" "C#" "Jave" "Python"
- QUEUED
- 127.0.0.1:6379> GET Book_Name
- QUEUED
- 127.0.0.1:6379> EXEC
- 1) OK
- 2) (integer) 4
- 3) "GIt Pro"
我們可以注意到Redis中的事務(wù)和通常意義上的事務(wù)基本上是一致的，即
- 事務(wù)是由一系列操作組成的單個邏輯工作執(zhí)行單元。特別地，因?yàn)樵赗edis中命令是存儲在一個隊(duì)列中，所以，事務(wù)中的所有命令都會按順序執(zhí)行，并且在執(zhí)行事務(wù)的過程中不會被客戶端發(fā)送的其它命令中斷。
- 事務(wù)是一個原子操作，事物中的命令只有兩種執(zhí)行結(jié)果，即全部執(zhí)行或者全部不執(zhí)行。如果客戶端在使用MULTI命令開啟事務(wù)后因?yàn)橐馔舛鴽]有執(zhí)行EXEC命令，則事務(wù)中的所有命令都不會執(zhí)行。同理，如果客戶端在使用MULTI命令開啟事務(wù)后執(zhí)行EXEC命令，則事務(wù)中的所有命令都會執(zhí)行。
- Redis中的事務(wù)可以使用DISCARD命令來清空一個命令隊(duì)列，并放棄對事務(wù)的執(zhí)行。如果命令在入隊(duì)時發(fā)生錯誤，Redis將在客戶端調(diào)用EXEC命令時拒絕執(zhí)行并取消事務(wù)，但是在EXEC命令執(zhí)行后發(fā)生的錯誤，Redis將選擇自動忽略。
我們知道，常見的并發(fā)控制方案主要有悲觀鎖和樂觀鎖兩種方案，這里首先來解釋下這兩種概念。所謂悲觀鎖，顧名思義是一種悲觀的策略，悲觀鎖認(rèn)為：在對任何記錄做修改前都應(yīng)該加鎖，如果加鎖失敗則表明該機(jī)錄正在被修改，此時應(yīng)該拋出異常;如果加鎖成功則修改記錄并在事務(wù)完成后解鎖;如果有其它人修改則應(yīng)該等待當(dāng)前修改解鎖或者是拋出異常。而所謂樂觀鎖，顧名思義是一種樂觀的策略，樂觀鎖認(rèn)為：每次從記錄中查找數(shù)據(jù)別人都不會修改，因此這個過程中不需要加鎖，但是在更新記錄的時候，會通過版本號來判斷別人是否修改過當(dāng)前記錄。
通常來講，樂觀鎖適合在寫沖突相對較少的場合下，悲觀鎖適合在寫沖突相對較多的場合下。Redis中提供了一種稱為check-and-set的機(jī)制，該機(jī)制主要通過WATCH命令來實(shí)現(xiàn)，其原理正是基于樂觀鎖的策略，Redis會在執(zhí)行EXEC命令前檢查被監(jiān)視的鍵對應(yīng)的值是否發(fā)生變化，如果該值發(fā)生變化表明有人修改過這個鍵中存儲的值，此時Redis將會自動取消當(dāng)前事務(wù)。我們來看這個簡單的例子：
- WATCH Record_Count
- val = GET Record_Count
- val = val + 1
- MULTI
- SET Record_Count $val
- EXEC
在這個例子中，我們嘗試在事務(wù)中對Record_Count做一個自增操作，這段代碼在非并發(fā)的情況下是沒有問題的，可是在并發(fā)的情況下，如果在執(zhí)行EXEC命令前有一個用戶修改了Record_Count的值，那么我們此時的結(jié)果就會比期望的結(jié)果小1，現(xiàn)在我們有了WATCH，Redis就會對Record_Count進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)Redis監(jiān)聽到該值發(fā)生變化的時候，這個事務(wù)就會被自動取消，進(jìn)而避免造成沖突。
如何管理Redis的鍵
其實(shí)從切題的角度來講，這篇博客基本上說清楚了事務(wù)處理問題，因此這篇博客雖然沒有給大家?guī)矶嗌袤@喜，卻依然可以非常恰到好處的結(jié)題，可是因?yàn)橹坝信笥言诓┛椭辛粞圆柕絉edis的鍵管理的問題，所以博主決定在這里簡單的討論下這個問題，鑒于博主和大家一樣都是感剛接觸Redis，所以下面的觀點(diǎn)僅僅是一家之言，如果有疑問可以在博客中留言，歡迎大家批評指正。我認(rèn)為Redis中的鍵的管理，基本上有兩種策略，即惰性刪除和定期刪除，而實(shí)際上這正是Redis默認(rèn)的鍵刪除策略：
redis使用 惰性刪除 和 定期刪除 兩種策略來刪除過期的鍵：惰性刪除策略在碰到過期鍵時方進(jìn)行刪除操作，定期刪除策略則每隔一段時間主動查找并刪除過期鍵。
所以，基于這兩種鍵刪除策略，我們可以想到的做法有：
- 對于臨時變量可以采用臨時鍵來存儲，在數(shù)據(jù)庫全局設(shè)定一個過期時間，由Redis在鍵過期后自動刪除。
- 對于持久化數(shù)據(jù)可以采用普通鍵來存儲，通過服務(wù)器和客戶端間定義協(xié)議來由客戶端主動刪除鍵。
- 對于不同模塊中的鍵采取統(tǒng)一規(guī)范的命名規(guī)則來命名鍵，從而解決Redis中鍵管理混亂的問題。
設(shè)計合理的鍵回收機(jī)制，避免Redis使用超過95%以上的內(nèi)存，或者通過設(shè)置Redis中的***內(nèi)存容量及其內(nèi)存策略來主動觸發(fā)Redis對鍵的淘汰。
好了，這篇文章就是這樣了，希望大家喜歡，下篇見!
