《Redis设计与实现》读书笔记（三十二） ——Redis事务设计与实现
《Redis设计与实现》读书笔记（三十二） ——Redis事务设计与实现
《Redis设计与实现》读书笔记（三十二） ——Redis事务设计与实现
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一、概述
redis的事务同数据库的事务概念一样，即多条命令都成功执行，才会生效，否则不生效。redis客户端中输入multi命令，然后中间的所有命令都不会立即生效，直到再输入exec命令。
二、redis事务实现
redis事务实现包括事务开始、事务入队、事务执行。
1、事务开始
当客户端输入multi命令，表示事务开始。该命令会将redis从非事务状态切换到事务状态，切换是通过修改客户端的flags属性，加上REDIS_MULTI常量，表示打开事务。
2、命令入队
当redis开启事务状态，只有4个命令会立即执行：multi、discard、exec、watch。其他命令都不立即执行，而是放入redis的事务队列，并且客户端回复queue。
每个redis客户端都有一个事务状态属性，保存在redisClient结构体的属性mstate中，该属性是multiState结构体，如下：
typedef struct multistate{
multiCmd *commands;
int count;
} multistate;该结构体包含命令列表以及命令计数器，命令队列是FIFO的顺序，count记录已经入队的命令个数。其中，命令队列是multiCmd结构体类型的数组，结构体如下：
typedef struct multiCmd{
robj **argv;
int argc;
struct redisCommand*cmd;
} multiCmd;即，该结构体包含命令参数、参数个数以及指向实现命令的redisCommand结构体的指针。
3、执行事务
当处于事务状态的客户端收到命令exec，则会执行事务队列中的所有命令，并将结果按照执行顺序，全部返回给客户端。
执行过程包括：
1）创建空白队列，用于保存每个命令的执行结果；
2）按照FIFO的顺序执行命令队列的命令，并将结果按顺序放入空白队列；
3）移除flags属性的REDIS_MULTI标记，表示客户端退出事务；
4）清除入队命令计数器、释放事务队列；
5）将执行结果返回给客户端。
三、Watch命令实现
watch命令是一个乐观锁，可以在执行exec之前，监视任意数量数据库的键，并在执行exec时，检查监视的键是否有被修改的，如果有一个或以上的键被修改，则拒绝执行事务，客户端返回事务执行失败的空回复（nil）。
1、watch监视
通过watch key1 key2… 即可监视键。
redis数据库结构体redisDB中，保存着watched_keys字典，字典的键是被watch命令监视的键，值是一个链表，记录所有监视相应数据库键的客户端。
通过该字典，可以清楚判断哪些键被监视，以及哪些客户端监视这些键。
2、监视触发
所有对数据库的键进行修改的命令，如set、lpush等，执行后都会自动调用multi.c/touchWatchKey函数，对字典watched_keys进行检查，查看是否有数据库监视该键。
如果有数据库监视该键，则将监视被修改键的所有客户端的状态REDIS_DIRTY_CAS标识打开，表示该客户端事务的安全性已经被破坏。
3、判断事务是否安全
当客户端执行exec命令时，就会判断对应自身客户端的状态是否被打开REDIS_DIRTY_CAS，如果被打开，说明至少一个键被修改，则事务不安全，redis服务器拒绝客户端提交事务，并返回nil；如果没有被打开，表示事务安全，正常执行事务。
四、事务ACID性质
ACID分别表示Atomicity（原子性）、Consistency（一致性）、Isolation（隔离性）、（Durability）耐久性。redis的事务总是会保证ACI三个属性，在开启某些持久化方式后，也可以保证D的属性。
1、原子性
事务原子性指要么事务全部操作都执行，要么全部不执行。
例如redis的命令错误等，在命令入队的时候就会进行校验，如果有命令错误，则入队的时候会报错，等到执行exec时，redis则拒绝执行整个事务。
与很多关系型数据库不同，redis不支持事务的回滚，因为redis的作者认为事务出错只有在开发环境中会有，生产环境没有。而回滚会导致redis代码复杂，与设计初衷不符。
2、一致性
事务的一致性指事务执行前后，数据库是一致的，无论事务是否执行成功。一致指数据库的数据符号数据库本身定义和要求，没有非法、无效数据。
redis在三个地方进行校验：
1）入队出错
命令不存在或命令格式错误等，表示入队出错，redis会拒绝执行事务。
2）执行错误
事务执行过程中可能会发生错误，这些错误是在入队的时候无法发现的错误。在执行中发生的错误，不会中断事务，事务会继续进行。对数据库键进行错误类型操作是最常发生的执行错误。
错误的命令会被服务器报出，并且不会将错误的命令进行执行，保证数据一致性。
3）服务器停机
如果redis事务执行期间发生服务器停机，则根据redis的持久化的方案，会发生以下不同的情况：
1. 无持久化，则没有保存任何数据，数据是一致的。
2. rdb或aof持久化，则可以根据rdb或aof文件进行回复，不会发生数据不一致。如果无文件，则无法恢复数据，但数据仍是一致性的。
3、隔离性
隔离性是指多个事务并发进行，各个事务不会互相影响，并且并发状态下执行事务与串行状态下执行事务结果完全相同。
由于redis是单线程执行事务，且服务器保证事务执行期间不会有其他命令插入，因此redis的命令总是串行执行的，保证隔离性。
4、耐久性
事务耐久性是指一个事务执行完毕后，事务的结果被保存在磁盘里，后面及时服务器停机，数据仍存在。
由于redis的事务只是对一组命令进行包裹，并没有附带持久化的命令，因此redis事务的持久化与否取决于redis服务器配置的持久化策略。
只有redis在aof持久化状态下，且appendfsync选项的值设置为always，程序才会每次将命令的结果实时强制同步到磁盘中，redis的事务才有真正的耐久性，其他情况下的redis事务不具有耐久性。
虽然可以在执行exec之前，输入一个save命令，强制全磁盘保存，保证事务的耐久性，但是由于save是阻塞的，效率极低，因此不具有实用性。
五、总结
1、redis的事务是将一组命令打包，一次性、有序的执行。
2、事务中的多个命令会被放入到事务队列中，FIFO的被执行。
3、事务执行过程中不会被中断，一个事务执行完才会执行下一个事务。
4、watch命令通过数据库的redisDB结构体的watched_keys字典中，将字段与要监视的客户端进行关联，当键被修改，则相应的监视该键的全部客户端的REDIS_DIRTY_CAS标识被打开。只有该表示没打开，服务器才会执行客户端的事务，否则服务器会拒绝提交事务。
5、redis事务具有原子性、一致性、隔离性，其是否具有耐久性取决于redis持久化的配置策略。
——written by linhxx 2017.09.27