第3章小功能大用处-事务与Lua

为了保证多条命令组合的原子性，Redis提供了简单的事务功能以及集成Lua脚本来解决这个问题。
首先简单介绍Redis中事务的使用方法以及它的局限性，之后重点介绍Lua语言的基本使用方法，以及如何将Redis和Lua脚本进行集成，最后给出Redis管理Lua脚本的相关命令
1.事务
事务表示一组动作，要么全部执行，要么全部不执行。例如在社交网站上用户A关注了用户B，那么需要在用户A的关注表中加入用户B，并且在用户B的粉丝表中添加用户A，这两个行为要么全部执行，要么全部不执行，否则会出现数据不一致的情况。
Redis提供了简单的事务功能，将一组需要一起执行的命令放到multi和exec两个命令之间。multi命令代表事务开始，exec命令代表事务结束，它们之间的命令是原子顺序执行的，例如下面操作实现了上述用户关注问题。

127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> sadd user:a:follow user:b
QUEUED
127.0.0.1:6379> sadd user:b:fans user:a
QUEUED

可以看到sadd命令此时的返回结果是QUEUED，代表命令并没有真正执行，而是暂时保存在Redis中。如果此时另一个客户端执行sismember user：a：follow user：b返回结果应该为0。

127.0.0.1:6379> sismember user:a:follow user:b
(integer) 0

只有当exec执行后，用户A关注用户B的行为才算完成，如下所示返回的两个结果对应sadd命令。

127.0.0.1:6379> exec
1) (integer) 1
2) (integer) 1
127.0.0.1:6379> sismember user:a:follow user:b
(integer) 1

如果要停止事务的执行，可以使用discard命令代替exec命令即可。

127.0.0.1:6379> discard
OK
127.0.0.1:6379> sismember user:a:follow user:b
(integer) 0

如果事务中的命令出现错误，Redis的处理机制也不尽相同

命令错误
例如下面操作错将set写成了sett，属于语法错误，会造成整个事务无法执行，key和counter的值未发生变化：

127.0.0.1:6388> mget key counter
1) "hello"
2) "100"
127.0.0.1:6388> multi
OK
127.0.0.1:6388> sett key world
(error) ERR unknown command 'sett'
127.0.0.1:6388> incr counter
QUEUED
127.0.0.1:6388> exec
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
127.0.0.1:6388> mget key counter
1) "hello"
2) "100"

运行时错误

例如用户B在添加粉丝列表时，误把sadd命令写成了zadd命令，这种就是运行时命令，因为语法是正确的：

127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> sadd user:a:follow user:b
QUEUED
201
127.0.0.1:6379> zadd user:b:fans 1 user:a
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) (integer) 1
2) (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
127.0.0.1:6379> sismember user:a:follow user:b
(integer) 1

可以看到Redis并不支持回滚功能，sadd user：a：follow user：b命令已经执行成功，开发人员需要自己修复这类问题。
有些应用场景需要在事务之前，确保事务中的key没有被其他客户端修改过，才执行事务，否则不执行（类似乐观锁）。Redis提供了watch命令来解决这类问题，表3-2展示了两个客户端执行命令的时序
在这里插入图片描述
可以看到“客户端-1”在执行multi之前执行了watch命令，“客户端-2”在“客户端-1”执行exec之前修改了key值，造成事务没有执行（exec结果为nil），整个代码如下所示：

#T1：客户端1
127.0.0.1:6379> set key "java"
OK
#T2：客户端1
127.0.0.1:6379> watch key
OK
#T3：客户端1
127.0.0.1:6379> multi
OK
#T4：客户端2
127.0.0.1:6379> append key python
(integer) 11
#T5：客户端1
127.0.0.1:6379> append key jedis
QUEUED
#T6：客户端1
127.0.0.1:6379> exec
(nil)
#T7：客户端1
127.0.0.1:6379> get key
"javapython"

Redis提供了简单的事务，之所以说它简单，主要是因为它不支持事务中的回滚特性，同时无法实现命令之间的逻辑关系计算，当然也体现了Redis的“keep it simple”的特性，下一小节介绍的Lua脚本同样可以实现事务的相关功能，但是功能要强大很多。
2.Lua用法简述
Lua语言是由C语言实现的，虽然简单小巧但是功能强大，所以许多应用都选用它作为脚本语言，尤其是在游戏领域，Web服务器Nginx将Lua语言作为扩展，增强自身功能。Redis将Lua作为脚本语言可帮助开发者定制自己的Redis命令。
2.1.数据类型及其逻辑处理
Lua语言提供了如下几种数据类型：booleans（布尔）、numbers（数值）、strings（字符串）、tables（表格），和许多高级语言相比，相对简单。下面将结合例子对Lua的基本数据类型和逻辑处理进行说明。
（1）字符串
下面定义一个字符串类型的数据：

local strings val = "world"

其中，local代表val是一个局部变量，如果没有local代表是全局变量。print函数可以打印出变量的值，例如下面代码将打印world，其中"–"是Lua语言的注释。

-- 结果是"world"
print(hello)

（2）数组
在Lua中，如果要使用类似数组的功能，可以用tables类型，下面代码使用定义了一个tables类型的变量myArray，但和大多数编程语言不同的是，Lua的数组下标从1开始计算：

local tables myArray = {"redis", "jedis", true, 88.0}
--true
print(myArray[3])

如果想遍历这个数组，可以使用for和while，这些关键字和许多编程语言是一致的
（a）for
下面代码会计算1到100的和，关键字for以end作为结束符：

local int sum = 0
for i = 1, 100
do
	sum = sum + i
end
-- 输出结果为5050
print(sum)

要遍历myArray，首先需要知道tables的长度，只需要在变量前加一个#号即可：

for i = 1, #myArray
do
	print(myArray[i])
end

除此之外，Lua还提供了内置函数ipairs，使用for index，value ipairs（tables）可以遍历出所有的索引下标和值：

for index,value in ipairs(myArray)
do
	print(index)
	print(value)
end

（b）while
下面代码同样会计算1到100的和，只不过使用的是while循环，while循环同样以end作为结束符。

local int sum = 0
local int i = 0
while i <= 100
do
	sum = sum +i
	i = i + 1
end
--输出结果为5050
print(sum)

（c）if else
要确定数组中是否包含了jedis，有则打印true，注意if以end结尾，if后紧跟then：

local tables myArray = {"redis", "jedis", true, 88.0}
for i = 1, #myArray
do
	if myArray[i] == "jedis"
	then
		print("true")
		break
	else
		--do nothing
	end
end

（3）哈希
如果要使用类似哈希的功能，同样可以使用tables类型，例如下面代码定义了一个tables，每个元素包含了key和value，其中strings1…string2是将两个字符串进行连接：

local tables user_1 = {age = 28, name = "tome"}
--user_1 age is 28
print("user_1 age is " .. user_1["age"])

如果要遍历user_1，可以使用Lua的内置函数pairs：

for key,value in pairs(user_1)
do print(key .. value)
end

函数定义：在Lua中，函数以function开头，以end结尾，funcName是函数名，中间部分是函数体：

function funcName()
...
end
contact函数将两个字符串拼接：
function contact(str1, str2)
	return str1 .. str2
end
--"hello world"
print(contact("hello ", "world"))

3 Redis与Lua
3.1.在Redis中使用Lua
在Redis中执行Lua脚本有两种方法：eval和evalsha。
（1）eval

eval 脚本内容 key个数 key列表 参数列表

下面例子使用了key列表和参数列表来为Lua脚本提供更多的灵活性：

127.0.0.1:6379> eval 'return "hello " .. KEYS[1] .. ARGV[1]' 1 redis world "hello redisworld"

此时KEYS[1]=“redis”，ARGV[1]=“world”，所以最终的返回结果是"hello redisworld"。
如果Lua脚本较长，还可以使用redis-cli–eval直接执行文件。例如

 //03.lua脚本代码如下：
local name=redis.call("get",KEYS[1])
local age=redis.call("get",KEYS[2])
if name=="LLL" then
    redis.call("set",KEYS[1],ARGV[1])
    redis.call("incr",KEYS[2])
end

把03.lua文件传到服务器/root/application/program/luascript/03.lua目录下

192.168.127.128:6379>get name
"LLL"
192.168.127.128:6379>get age
"15"

//执行改脚本的命令，必须在Linux的命令行，不是在Redis的命令行
 [root@linux ~]# /root/application/program/redis-tool/redis-cli -h 192.168.127.128 -p 6379 --eval /root/application/program/luascript/03.lua name age , patrickLiu

192.168.127.128:6379>get name
	"patrickLiu"
192.168.127.128:6379>get age
     "16"
//说明带参数的执行Lua脚本成功

eval命令和–eval参数本质是一样的，客户端如果想执行Lua脚本，首先在客户端编写好Lua脚本代码，然后把脚本作为字符串发送给服务端，服务端会将执行结果返回给客户端，整个过程如下。
在这里插入图片描述
（2）evalsha
除了使用eval，Redis还提供了evalsha命令来执行Lua脚本。如图3-8所示，首先要将Lua脚本加载到Redis服务端，得到该脚本的SHA1校验和，evalsha命令使用SHA1作为参数可以直接执行对应Lua脚本，避免每次发送Lua脚本的开销。这样客户端就不需要每次执行脚本内容，而脚本也会常驻在服务端，脚本功能得到了复用。
在这里插入图片描述
加载脚本：script load命令可以将脚本内容加载到Redis内存中，例如下面将04.lua加载到Redis中，得到SHA1为：7c1ebd792518eeefe306d1a755ebbc4d6d585963

//04.lua文件
local b1=redis.call("hgetall",KEYS[1])
return b1

root@iZ2zec3etasicvrmg7svj0Z:/usr/ztt# ls
03.lua  dump.rdb      jdk-8u401-linux-x64.tar.gz  redis-6.2.7.tar.gz
04.lua  jdk1.8.0_401  redis-6.2.7                 rocketmq-all-4.9.6-bin-release.zip
root@iZ2zec3etasicvrmg7svj0Z:/usr/ztt# /usr/local/bin/redis-cli -a 1.tiantian script load "$(cat 04.lua)"
Warning: Using a password with '-a' or '-u' option on the command line interface may not be safe.
"7c1ebd792518eeefe306d1a755ebbc4d6d585963"

执行脚本：evalsha的使用方法如下，参数使用SHA1值，执行逻辑和eval一致。

evalsha 脚本SHA1值 key个数 key列表 参数列表

所以只需要执行如下操作，就可以调用04.lua脚本：

127.0.0.1:6379> hgetall myhash
1) "name"
2) "zhangsan"
3) "sex"
4) "nan"
5) "address"
6) "hebeibaoding"
7) "school"
8) "laiyuanyizhong"
127.0.0.1:6379> evalsha 7c1ebd792518eeefe306d1a755ebbc4d6d585963 1 myhash
1) "name"
2) "zhangsan"
3) "sex"
4) "nan"
5) "address"
6) "hebeibaoding"
7) "school"
8) "laiyuanyizhong"

3.2.Lua的Redis API
Lua可以使用redis.call函数实现对Redis的访问，例如下面代码是Lua使用redis.call调用了Redis的set和get操作：

redis.call("set", "hello", "world")
redis.call("get", "hello")

放在Redis的执行效果如下：

127.0.0.1:6379> eval 'return redis.call("get", KEYS[1])' 1 hello
"world"

除此之外Lua还可以使用redis.pcall函数实现对Redis的调用，redis.call和redis.pcall的不同在于，如果redis.call执行失败，那么脚本执行结束会直接返回错误，而redis.pcall会忽略错误继续执行脚本，所以在实际开发中要根据具体的应用场景进行函数的选择。
开发提示：Lua可以使用redis.log函数将Lua脚本的日志输出到Redis的日志文件中，但是一定要控制日志级别。
Redis3.2提供了Lua Script Debugger功能用来调试复杂的Lua脚本，具体可以参考：http://redis.io/topics/ldb。
4.案例
Lua脚本功能为Redis开发和运维人员带来如下三个好处：

Lua脚本在Redis中是原子执行的，执行过程中间不会插入其他命令。
Lua脚本可以帮助开发和运维人员创造出自己定制的命令，并可以将这些命令常驻在Redis内存中，实现复用的效果。
Lua脚本可以将多条命令一次性打包，有效地减少网络开销。
下面以一个例子说明Lua脚本的使用，当前列表记录着热门用户的id，
假设这个列表有5个元素，如下所示：

127.0.0.1:6379> lpush hot:user:list user:72:ratio user:99:ratio user:3:ratio user:8:ratio user:1:ratio
(integer) 5
127.0.0.1:6379> lrange hot:user:list 0 -1
1) "user:1:ratio"
2) "user:8:ratio"
3) "user:3:ratio"
4) "user:99:ratio"
5) "user:72:ratio"

user：{id}：ratio代表用户的热度，它本身又是一个字符串类型的键：

127.0.0.1:6379> mset  user:1:ratio 986  user:8:ratio 762  user:3:ratio 556  user:99:ratio 400 user:72:ratio 101
OK
127.0.0.1:6379> mget  user:1:ratio user:8:ratio user:3:ratio user:99:ratio user:72:ratio
1) "986"
2) "762"
3) "556"
4) "400"
5) "101"

现要求将列表内所有的键对应热度做加1操作，并且保证是原子执行，此功能可以利用Lua脚本来实现。
1）将列表中所有元素取出，赋值给mylist：

local mylist = redis.call("lrange", KEYS[1], 0, -1)

2）定义局部变量count=0，这个count就是最后incr的总次数：

local count = 0

3）遍历mylist中所有元素，每次做完count自增，最后返回count：

for index,key in ipairs(mylist)
do
	redis.call("incr",key)
	count = count + 1
end
return count

将上述脚本写入lrange_and_mincr.lua文件中，并执行如下操作，返回结果为5。

redis-cli --eval lrange_and_mincr.lua hot:user:list
(integer) 5

执行后所有用户的热度自增1：

127.0.0.1:6379> mget user:1:ratio user:8:ratio user:3:ratio user:99:ratio user:72:ratio
1) "987"
2) "763"
3) "557"
4) "401"
5) "102"

lrange_and_mincr.lua文件的汇总内容为如下：

local mylist = redis.call("lrange", KEYS[1], 0, -1)
local count = 0
for index,key in ipairs(mylist)
do
	redis.call("incr",key)
	count = count + 1
end
return count

lrange_and_mincr.lua文件上传到/usr/ztt目录下

root@iZ2zec3etasicvrmg7svj0Z:/usr/ztt# rz

root@iZ2zec3etasicvrmg7svj0Z:/usr/ztt# /usr/local/bin/redis-cli -a 1.tiantian --eval lrange_and_mincr.lua hot:user:list
Warning: Using a password with '-a' or '-u' option on the command line interface may not be safe.
(integer) 5

执行后所有用户的热度自增1：

127.0.0.1:6379> mget user:1:ratio user:8:ratio user:3:ratio user:99:ratio
user:72:ratio
1) "987"
2) "763"
3) "557"
4) "401"
5) "102"

5 Redis如何管理Lua脚本
Redis提供了4个命令实现对Lua脚本的管理，下面分别介绍。
（1）script load

script load script

此命令用于将Lua脚本加载到Redis内存中，前面已经介绍并使用过了，这里不再赘述。
（2）script exists

scripts exists sha1 [sha1 …]

此命令用于判断sha1是否已经加载到Redis内存中：

127.0.0.1:6379> script exists a5260dd66ce02462c5b5231c727b3f7772c0bcc5
1) (integer) 1

返回结果代表sha1[sha1…]被加载到Redis内存的个数。
（3）script flush

script flush

此命令用于清除Redis内存已经加载的所有Lua脚本，在执行script flush后，a5260dd66ce02462c5b5231c727b3f7772c0bcc5不再存在：

127.0.0.1:6379> script exists a5260dd66ce02462c5b5231c727b3f7772c0bcc5
1) (integer) 1
127.0.0.1:6379> script flush
OK
127.0.0.1:6379> script exists a5260dd66ce02462c5b5231c727b3f7772c0bcc5
1) (integer) 0

（4）script kill

script kill

此命令用于杀掉正在执行的Lua脚本。如果Lua脚本比较耗时，甚至Lua脚本存在问题，那么此时Lua脚本的执行会阻塞Redis，直到脚本执行完毕或者外部进行干预将其结束。下面我们模拟一个Lua脚本阻塞的情况进行说明。
下面的代码会使Lua进入死循环：

while 1 == 1
do
end

执行Lua脚本，当前客户端会阻塞：

127.0.0.1:6379> eval 'while 1==1 do end' 0

Redis提供了一个lua-time-limit参数，默认是5秒，它是Lua脚本的“超时时间”，但这个超时时间仅仅是当Lua脚本时间超过lua-time-limit后，向其他命令调用发送BUSY的信号，但是并不会停止掉服务端和客户端的脚本执行，所以当达到lua-time-limit值之后，其他客户端在执行正常的命令时，将会收到“Busy Redis is busy running a script”错误，并且提示使用script kill或者shutdown nosave命令来杀掉这个busy的脚本：

127.0.0.1:6379> get hello
(error) BUSY Redis is busy running a script. You can only call SCRIPT KILL or SHUTDOWN NOSAVE.

此时Redis已经阻塞，无法处理正常的调用，这时可以选择继续等待，但更多时候需要快速将脚本杀掉。使用shutdown save显然不太合适，所以选择script kill，当script kill执行之后，客户端调用会恢复：

127.0.0.1:6379> script kill
OK
127.0.0.1:6379> get hello
"world"

但是有一点需要注意，如果当前Lua脚本正在执行写操作，那么script kill将不会生效。例如，我们模拟一个不停的写操作：

while 1==1
do
redis.call("set","k","v")
end

此时如果执行script kill，会收到如下异常信息：(error) UNKILLABLE Sorry the script already executed write commands against the dataset. You can either wait the script termination or kill the server in a hard way using the SHUTDOWN NOSAVE command.上面提示Lua脚本正在向Redis执行写命令，要么等待脚本执行结束要么使用shutdown save停掉Redis服务。可见Lua脚本虽然好用，但是使用不当破坏性也是难以想象的。