Redis（三）基础：Redis中的事务和乐观锁如何实现？

前言

• 事务
  ①原子性（atomicity）。一个事务是一个不可分割的工作单位，事务中包括的操作要么都做，要么都不做。
  ②一致性（consistency）。事务必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。一致性与原子性是密切相关的。

  ③隔离性（isolation）。一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对并发的其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。
  ④持久性（durability）。持久性也称永久性（permanence），指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其有任何影响。
  在Redis事务没有没有隔离级别的概念！
  在Redis单条命令式保证原子性的，但是事务不保证原子性！

• 乐观锁
  ①当程序中可能出现并发的情况时，就需要保证在并发情况下数据的准确性，以此确保当前用户和其他用户一起操作时，所得到的结果和他单独操作时的结果是一样的。
  ②没有做好并发控制，就可能导致脏读、幻读和不可重复读等问题。
  在Redis是可以实现乐观锁的！

Redis如何实现事务？

事务实现

Redis 事务通过三个命令进行控制。

• muti：开启事务
• exec：执行事务
• discard：取消事务

①正常执行事务

127.0.0.1:6379> multi  #开启事务
OK
127.0.0.1:6379> set name dingyongjun  #添加数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> set age 26  #添加数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> set high 172  #添加数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec  #执行事务
1) OK
2) OK
3) OK
127.0.0.1:6379> get name  #获取数据成功，证明事务执行成功
"dingyongjun"
127.0.0.1:6379> get age
"26"

②放弃事务

127.0.0.1:6379> multi  #开启事务
OK
127.0.0.1:6379> set name dingyongjun  #添加数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> set age 26  #添加数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> discard  #放弃事务
OK
127.0.0.1:6379> get name  #不会执行事务里面的添加操作
(nil)

③编译时异常，代码有问题，或者命令有问题，所有的命令都不会被执行

127.0.0.1:6379> multi  #开启事务
OK
127.0.0.1:6379> set name dingyongjun  #添加数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> set age 23  #添加数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> getset name  #输入一个错误的命令，这时候已经报错了，但是这个还是进入了事务的队列当中
(error) ERR wrong number of arguments for 'getset' command
127.0.0.1:6379> set high 173  #添加数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec  #执行事务，报错，并且所有的命令都不会执行
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
127.0.0.1:6379> get name  #获取数据为空，证明没有执行
(nil)

④运行时异常，除了语法错误不会被执行且抛出异常后，其他的正确命令可以正常执行

127.0.0.1:6379> multi  #开启事务
OK
127.0.0.1:6379> set name dingyongjun  #添加字符串数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> incr name  #对字符串数据进行自增操作
QUEUED
127.0.0.1:6379> set age 23  #添加数据
QUEUED
127.0.0.1:6379> get age  #获取数据
QUEUED 
127.0.0.1:6379> exec  #执行事务。虽然对字符串数据进行自增操作报错了，但是其他的命令还是可以正常执行的
1) OK
2) (error) ERR value is not an integer or out of range
3) OK
4) "23"
127.0.0.1:6379> get age  #获取数据成功
"23"

⑤总结：由以上可以得出结论，Redis是支持单条命令事务的，但是事务并不能保证原子性！

Redis 事务隔离机制

1. 为什么需要隔离机制

​ 在并发场景下可能会出现多个客户端对同一个数据进行修改的情况。

​ 例如：有两个客户端 C 左与 C 右，C 左需要申请 40 个资源，C 右需要申请 30 个资源。它们首先查看了当前拥有的资源数量，即 resources 的值。它们查看到的都是 50，都感觉资源数量可以满足自己的需求，于是修改资源数量，以占有资源。但结果却是资源出现了“超卖”情况。

​ 为了解决这种情况，Redis 事务通过乐观锁机制实现了多线程下的执行隔离。

2. 隔离的实现

​ Redis 通过 watch 命令再配合事务实现了多线程下的执行隔离。

以上两个客户端执行的时间顺序为：

时间	C左	C右
T1	watch resources
T2	get resources	get resources
T3	multi
T4	decrby resources 40
T5		decrby resources 30
T6	exec

3. 实现原理

其内部的执行过程如下：

• 当某一客户端对 key 执行了 watch 后，系统就会为该 key 添加一个 version 乐观锁，并初始化 version。例如初值为 1.0。
• 此后客户端 C 左将对该 key 的修改语句写入到了事务命令队列中，虽未执行，但其将该key 的 value 值与 version 进行了读取并保存到了当前客户端缓存。此时读取并保存的是version 的初值 1.0。
• 此后客户端 C 右对该 key 的值进行了修改，这个修改不仅修改了 key 的 value 本身，同时也增加了 version 的值，例如使其 version 变为了 2.0，并将该 version 记录到了该 key信息中。
• 此后客户端 C 左执行 exec，开始执行事务中的命令。不过，其在执行到对该 key 进行修改的命令时，该命令首先对当前客户端缓存中保存的 version 值与当前 key 信息中的version 值。如果缓存 version 小于 key 的 version，则说明客户端缓存的 key 的 value 已经过时，该写操作如果执行可能会破坏数据的一致性。所以该写操作不执行。

Redis如何实现乐观锁？

①watch（监视）

127.0.0.1:6379> set money 100  #添加金钱100
OK
127.0.0.1:6379> set cost 0  #添加花费0
OK
127.0.0.1:6379> watch money  #监控金钱
OK
127.0.0.1:6379> multi  #开启事务
OK
127.0.0.1:6379> DECRBY money 30  #金钱-30
QUEUED
127.0.0.1:6379> incrby cost 30  #花费+30
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec  #执行事务，成功！这时候数据没有发生变动才可以成功
1) (integer) 70
2) (integer) 30

②多线程测试watch

线程1

#线程1
127.0.0.1:6379> set money 100  #添加金钱100
OK
127.0.0.1:6379> set cost 0  #添加花费0
OK
127.0.0.1:6379> watch money  #开启监视（乐观锁）
OK 
127.0.0.1:6379> multi  #开启事务
OK
127.0.0.1:6379> DECRBY money 20  #金钱-20
QUEUED
127.0.0.1:6379> INCRBY cost 20   #花费+20
QUEUED
#这里先不要执行，先执行线程2来修改被监视的值
127.0.0.1:6379> exec  #执行报错，因为我们监视了money这个值，如果事务要对这个值进行操作前
#监视器会判断这个值是否正常，如果发生改变，事务执行失败！
(nil)

线程2

#线程2，这个在事务执行前操作执行
127.0.0.1:6379> INCRBY money 20  #金钱+20
(integer) 120

③总结：乐观锁和悲观锁的区别。

悲观锁： 什么时候都会出问题，所以一直监视着，没有执行当前步骤完成前，不让任何线程执行，十分浪费性能！一般不使用！
乐观锁： 只有更新数据的时候去判断一下，在此期间是否有人修改过被监视的这个数据，没有的话正常执行事务，反之执行失败！