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↩️README 数据结构 Redis是怎么运行的 持久化 缓存过期与内存淘汰 集群模式 缓存 分布式锁 事务机制 Hot Key / Big Key

事务机制

事务,是指对数据进行读写的一系列操作。事务在执行时,会提供专门的属性保证,包括原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)和持久性(Durability),也就是 ACID 属性。这些属性既包括了对事务执行结果的要求,也有对数据库在事务执行前后的数据状态变化的要求。

事务ACID的要求

原子性:一个事务中的多个操作必须完成,或者都不完成。

一致性:数据库中的数据在事务执行前后是一致的。

隔离性:数据库在执行一个事务时,其它操作无法存取到正在执行事务访问的数据。

持久性:数据库执行事务后,数据的修改要被持久化保存下来。当数据库重启后,数据的值需要是被修改后的值。

Redis如何实现事务

Redis提供MULTI、EXEC两个命令来完成

第一步,客户端要使用一个命令显式地表示一个事务的开启。在 Redis 中,这个命令就是 MULTI。

第二步,客户端把事务中本身要执行的具体操作(例如增删改数据)发送给服务器端。这些操作就是 Redis 本身提供的数据读写命令,例如 GET、SET 等。不过,这些命令虽然被客户端发送到了服务器端,但 Redis 实例只是把这些命令暂存到一个命令队列中,并不会立即执行。

第三步,客户端向服务器端发送提交事务的命令,让数据库实际执行第二步中发送的具体操作。Redis 提供的 EXEC 命令就是执行事务提交的。当服务器端收到 EXEC 命令后,才会实际执行命令队列中的所有命令。

Redis事务机制能保证哪些属性

原子性

  1. 在执行EXEC命令前,客户端发送的操作命令本身就有错误,这时Redis会记录下这个错误。继续提交命令,等到执行EXEC命令,会拒绝所有提交的命令,返回事务失败。
  2. 事务操作入队时,命令和操作的数据类型不匹配,但 Redis 实例没有检查出错误。执行完EXEC命令后,Redis会执行这些事务操作,就会报错,但是会把正确的部分命令执行完,因此原子性不能保证。

传统数据库具有回滚机制,当事务执行发生错误时,事务中所有操作都会撤销。Redis没有提供回滚机制。虽然Redis提供了DISCARD命令,这个命令只能用来主动放弃事务执行,把暂存的命令队列清空,起不到回滚的效果。

  1. 在执行事务的 EXEC 命令时,Redis 实例发生了故障,导致事务执行失败。

如果 Redis 开启了 AOF 日志,那么,只会有部分的事务操作被记录到 AOF 日志中。我们需要使用 redis-check-aof 工具检查 AOF 日志文件,这个工具可以把未完成的事务操作从 AOF 文件中去除。这样一来,我们使用 AOF 恢复实例后,事务操作不会再被执行,从而保证了原子性。

如果 AOF 日志并没有开启,那么实例重启后,数据也都没法恢复了,此时,也就谈不上原子性了。

因此原子性是无法得到保障的。

一致性

情况一:命令入队时就报错

在这种情况下,事务本身就会被放弃执行,所以可以保证数据库的一致性。

情况二:命令入队时没报错,实际执行时报错

在这种情况下,有错误的命令不会被执行,正确的命令可以正常执行,也不会改变数据库的一致性。

情况三:EXEC 命令执行时实例发生故障

在这种情况下,实例故障后会进行重启,这就和数据恢复的方式有关了,我们要根据实例是否开启了 RDB 或 AOF 来分情况讨论下。

如果我们没有开启 RDB 或 AOF,那么,实例故障重启后,数据都没有了,数据库是一致的。

如果我们使用了 RDB 快照,因为 RDB 快照不会在事务执行时执行,所以,事务命令操作的结果不会被保存到 RDB 快照中,使用 RDB 快照进行恢复时,数据库里的数据也是一致的。

如果我们使用了 AOF 日志,而事务操作还没有被记录到 AOF 日志时,实例就发生了故障,那么,使用 AOF 日志恢复的数据库数据是一致的。如果只有部分操作被记录到了 AOF 日志,我们可以使用 redis-check-aof 清除事务中已经完成的操作,数据库恢复后也是一致的。

因此一致性是可以得到保障的。

隔离性

事务的隔离性保证,会受到和事务一起执行的并发操作的影响。主要分为命令入队和命令实际执行两个阶段。

  1. 一个事务的EXEC命令还没有执行,事务的命令操作是暂存在命令队列中的,如果有其他的并发操作,需要看事务是否使用WATCH机制。

WATCH机制:在事务执行前,监控一个或多个键的值变化情况,当事务调用 EXEC 命令执行时,WATCH 机制会先检查监控的键是否被其它客户端修改了。

如果修改了,就放弃事务的执行,避免事务的隔离性被破坏。

如果没有修改,事务能够正常运行,隔离性能够得到保证。

  1. 并发操作在 EXEC 命令之后被服务器端接收并执行。Redis是单线程执行命令,EXEC命令执行后,Redis会保证先把命令队列中的所有命令执行完,所以并发操作不会破坏事务的隔离性。

因此隔离性是可以得到保障的。

持久性

因为 Redis 是内存数据库,所以,数据是否持久化保存完全取决于 Redis 的持久化配置模式。

  1. 如果没有RDB或者AOF,持久性无法得到保证。
  2. 如果 Redis 使用了 RDB 模式,那么,在一个事务执行后,而下一次的 RDB 快照还未执行前,如果发生了实例宕机,这种情况下,事务修改的数据也是不能保证持久化的。
  3. 如果 Redis 采用了 AOF 模式,因为 AOF 模式的三种配置选项 no、everysec 和 always 都会存在数据丢失的情况,所以,事务的持久性属性也还是得不到保证。

因此持久性是无法得到保障的。

  1. 事务ACID的要求
  2. Redis如何实现事务
  3. Redis事务机制能保证哪些属性
    1. 原子性
    2. 一致性
    3. 隔离性
    4. 持久性
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