Redis 实战之事务的实现

news2024/11/24 22:59:40

事务的实现

事务开始
命令入队
事务队列
执行事务
总结

一个事务从开始到结束通常会经历以下三个阶段：

1、事务开始；
2、命令入队；
3、事务执行。

本节接下来的内容将对这三个阶段进行介绍，说明一个事务从开始到结束的整个过程。

事务开始

MULTI 命令的执行标志着事务的开始：

redis> MULTI
OK

MULTI 命令可以将执行该命令的客户端从非事务状态切换至事务状态，这一切换是通过在客户端状态的 flags 属性中打开 REDIS_MULTI 标识来完成的， MULTI 命令的实现可以用以下伪代码来表示：

def MULTI():

    # 打开事务标识
    client.flags |= REDIS_MULTI

    # 返回 OK 回复
    replyOK()

命令入队

当一个客户端处于非事务状态时，这个客户端发送的命令会立即被服务器执行：

redis> SET "name" "Practical Common Lisp"
OK

redis> GET "name"
"Practical Common Lisp"

redis> SET "author" "Peter Seibel"
OK

redis> GET "author"
"Peter Seibel"

与此不同的是，当一个客户端切换到事务状态之后，服务器会根据这个客户端发来的不同命令执行不同的操作：

如果客户端发送的命令为 EXEC 、 DISCARD 、 WATCH 、 MULTI 四个命令的其中一个， 那么服务器立即执行这个命令。
与此相反， 如果客户端发送的命令是 EXEC 、 DISCARD 、 WATCH 、 MULTI 四个命令以外的其他命令， 那么服务器并不立即执行这个命令， 而是将这个命令放入一个事务队列里面， 然后向客户端返回 QUEUED 回复。

服务器判断命令是该入队还是该立即执行的过程可以用流程图 IMAGE_ENQUEUE_OR_EXEC 来描述。
在这里插入图片描述

事务队列

每个Redis 客户端都有自己的事务状态，这个事务状态保存在客户端状态的 mstate 属性里面：

typedef struct redisClient {

    // ...

    // 事务状态
    multiState mstate;      /* MULTI/EXEC state */

    // ...

} redisClient;

事务状态包含一个事务队列，以及一个已入队命令的计数器（也可以说是事务队列的长度）：

typedef struct multiState {

    // 事务队列，FIFO 顺序
    multiCmd *commands;

    // 已入队命令计数
    int count;

} multiState;

事务队列是一个 multiCmd 类型的数组，数组中的每个 multiCmd 结构都保存了一个已入队命令的相关信息，包括指向命令实现函数的指针，命令的参数，以及参数的数量：

typedef struct multiCmd {

    // 参数
    robj **argv;

    // 参数数量
    int argc;

    // 命令指针
    struct redisCommand *cmd;

} multiCmd;

事务队列以先进先出（FIFO）的方式保存入队的命令：较先入队的命令会被放到数组的前面，而较后入队的命令则会被放到数组的后面。

举个例子，如果客户端执行以下命令：

redis> MULTI
OK

redis> SET "name" "Practical Common Lisp"
QUEUED

redis> GET "name"
QUEUED

redis> SET "author" "Peter Seibel"
QUEUED

redis> GET "author"
QUEUED

那么服务器将为客户端创建图 IMAGE_TRANSACTION_STATE 所示的事务状态：

最先入队的 SET 命令被放在了事务队列的索引 0 位置上。
第二入队的 GET 命令被放在了事务队列的索引 1 位置上。
第三入队的另一个 SET 命令被放在了事务队列的索引 2 位置上。
最后入队的另一个 GET 命令被放在了事务队列的索引 3 位置上。

在这里插入图片描述

执行事务

当一个处于事务状态的客户端向服务器发送 EXEC 命令时，这个 EXEC 命令将立即被服务器执行：服务器会遍历这个客户端的事务队列，执行队列中保存的所有命令，最后将执行命令所得的结果全部返回给客户端。

举个例子，对于图 IMAGE_TRANSACTION_STATE 所示的事务队列来说，服务器首先会执行命令：

SET "name" "Practical Common Lisp"

接着执行命令：

GET "name"

之后执行命令：

SET "author" "Peter Seibel"

再之后执行命令：

GET "author"

最后，服务器会将执行这四个命令所得的回复返回给客户端：

redis> EXEC
1) OK
2) "Practical Common Lisp"
3) OK
4) "Peter Seibel"

EXEC 命令的实现原理可以用以下伪代码来描述：

def EXEC():

    # 创建空白的回复队列
    reply_queue = []

    # 遍历事务队列中的每个项
    # 读取命令的参数，参数的个数，以及要执行的命令
    for argv, argc, cmd in client.mstate.commands:

        # 执行命令，并取得命令的返回值
        reply = execute_command(cmd, argv, argc)

        # 将返回值追加到回复队列末尾
        reply_queue.append(reply)

    # 移除 REDIS_MULTI 标识，让客户端回到非事务状态
    client.flags &= ~REDIS_MULTI

    # 清空客户端的事务状态，包括：
    # 1）清零入队命令计数器
    # 2）释放事务队列
    client.mstate.count = 0
    release_transaction_queue(client.mstate.commands)

    # 将事务的执行结果返回给客户端
    send_reply_to_client(client, reply_queue)

总结

事务提供了一种将多个命令打包， 然后一次性、有序地执行的机制。
多个命令会被入队到事务队列中， 然后按先进先出（FIFO）的顺序执行。
事务在执行过程中不会被中断， 当事务队列中的所有命令都被执行完毕之后， 事务才会结束。
带有 WATCH 命令的事务会将客户端和被监视的键在数据库的 watched_keys 字典中进行关联， 当键被修改时， 程序会将所有监视被修改键的客户端的 REDIS_DIRTY_CAS 标志打开。
只有在客户端的 REDIS_DIRTY_CAS 标志未被打开时， 服务器才会执行客户端提交的事务， 否则的话， 服务器将拒绝执行客户端提交的事务。
Redis 的事务总是保证 ACID 中的原子性、一致性和隔离性， 当服务器运行在 AOF 持久化模式下， 并且 appendfsync 选项的值为always 时， 事务也具有耐久性