什麼是事務的ACID？ Redis事務能實現ACID嗎？

Redis 事務支援 ACID 嗎？以下這篇文章帶大家了解一下Redis的事務，介紹一下Redis實現事務的方法，聊聊Redis 事務支援 ACID嗎，希望對大家有幫助！

騰訊面試官：「Redis 的事務了解麼？它的事務機制能實現ACID 屬性麼？」

程許遠：「撓頭，這個…我知道lua 腳本能實現事務…」

騰訊面試官：「好的，回去等通知吧。」

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##碼哥，我斬獲了很多offer，沒想到最後敗在了「Redis 如何實現事務？」這個問題。

我們來一步一步分析：

• 什麼是交易 ACID？

• Redis 如何實作交易？

• Redis 的事務能實現哪些屬性？

• Lua 腳本實作。

什麼是事務的ACID

鬼吹燈之《雲南蟲谷》中的摸金校尉有句話叫「合則生，分則死」，為了尋找雮塵珠他們三人分工明確、

齊心協力共進退方可成功。

交易（Transaction）是並發控制單位，一個操作序列組合而成，這些操作要么都執行，要么都不執行。 【相關推薦：

Redis影片教學】

「是一個不可分割的工作單位」。

事務在執行時，會提供專門的屬性保證：

• 原子性（Atomicity）：一個事務的多個操作必須完成，或者都不完成（ ps：MySQL 的原子性靠什麼實現呢？歡迎留言區評論）；

• #一致性（Consistency）：事務執行結束後，資料庫的完整性限制沒有被破壞，事務執行的前後順序都是合法資料狀態。
  資料庫的完整性限制包括但不限於：
  實體完整性（如行的主鍵存在且唯一）；
  • 列完整性（如字段的類型、大小、長度要符合要求）
  • 外鍵約束；
  • 使用者自訂完整性（如轉帳前後，兩個帳戶餘額的和應該不變）。
• 隔離性（Isolation）：交易內部的操作與其他交易是隔離的，並發執行的各個事務之間不能互相干擾。
  講究的是不同事務之間的相互影響，嚴格的隔離性對應隔離等級中的可串行化（Serializable）。

• 持久性（Durability）：交易一旦提交，所有的修改將永久的保存到資料庫中，即使系統崩潰重啟後資料也不會遺失。

碼哥，了解了 ACID 的特定要求後，Redis 如何實現事務機制？

Redis 如何實作交易

MULTI、EXEC、DISCARD 和WATCH 指令是Redis 實作交易的基礎。

Redis 交易的執行過程包含三個步驟：

• 開啟交易;

• 指令入隊；

• 執行交易或丟棄；

#明確開啟一個交易

客戶端透過

MULTI 指令明確表示開啟一個事務，隨後的指令將排隊緩存，並不會實際執行。

命令入隊

客戶端把事務中的要執行的一系列指令傳送到服務端。

要注意的是，雖然指令傳送到服務端，但是 Redis 實例只是把這一系列指令暫存在一個指令佇列中，並不會立刻執行。

執行交易或丟棄

客戶端向服務端發送提交或丟棄交易的命令，讓Redis 執行第二步驟中發送的具體指令或清空佇列指令，放棄執行。

Redis 只要在呼叫

EXEC 時，即可安排佇列指令執行。

也可透過

DISCARD 丟棄第二步驟中保存在佇列中的指令。

Redis 事務案例

透過線上偵錯網站執行我們的範例程式碼：try.redis.io

#正常執行

透過MULTI 和EXEC 執行一個事務程序：

# 开启事务
> MULTI
OK
# 开始定义一些列指令
> SET “公众号:码哥字节” "粉丝 100 万"
QUEUED
> SET "order" "30"
QUEUED
> SET "文章数" 666
QUEUED
> GET "文章数"
QUEUED
# 实际执行事务
> EXEC
1) OK
2) OK
3) OK
4) "666"

我們看到每個讀寫指令執行後的回傳結果都是QUEUED，表示謝謝操作都被暫存到了命令隊列，還沒有實際執行。

當執行了 EXEC 指令，就可以看到具體每個指令的回應資料。

放棄交易

透過MULTI 和DISCARD丟棄佇列指令：

# 初始化订单数
> SET "order:mobile" 100
OK
# 开启事务
> MULTI
OK
# 订单 - 1
> DECR "order:mobile"
QUEUED
# 丢弃丢列命令
> DISCARD
OK
# 数据没有被修改
> GET "order:mobile"
"100"

#碼哥，Redis 的事務能保證ACID 特性麼？

這個問題問得好，我們一起來分析下。

Redis 事務滿足 ACID？

Redis 交易可以一次執行多個命令， 並且帶有以下三個重要的保證：

• ##批次指令在執行EXEC 指令之前會放入佇列暫存；

• 收到EXEC 指令後進入事務執行，事務中任意指令執行失敗，其餘的指令依然被執行；

• 事務執行過程中，其他客戶端提交的命令不會插入到目前命令執行的序列中。

原子性

#碼哥，如果事務執行過程中發生錯誤了，原子效能保證麼？

在交易期間，可能遇到兩種指令錯誤：

在執行
• EXEC 指令前，發送的指令本身就錯誤。如下：
  參數數量錯誤；
  命令名稱錯誤，使用了不存在的命令；
  記憶體不足（Redis 實例使用
  • maxmemory指令配置內存限制）。
在執行
• EXEC 指令後，指令可能會失敗。例如，命令和操作的資料類型不符（對 String 類型 的 value 執行了 List 清單操作）；
在執行交易的
• EXEC 命令時。 Redis 實例發生了故障導致交易執行失敗。

EXEC 執行前報錯誤

在命令入隊時，Redis 就會

報錯並且記錄下這個錯誤。

此時，我們

還能繼續提交指令操作。

等到執行了

EXEC指令之後，Redis 就會拒絕執行所有提交的命令操作，回傳事務失敗的結果。

這樣一來，

事務中的所有指令都不會再被執行了，保證了原子性。

如下是指令入隊發生錯誤，導致交易失敗的例子：

#开启事务
> MULTI
OK
#发送事务中的第一个操作，但是Redis不支持该命令，返回报错信息
127.0.0.1:6379> PUT order 6
(error) ERR unknown command `PUT`, with args beginning with: `order`, `6`,
#发送事务中的第二个操作，这个操作是正确的命令，Redis把该命令入队
> DECR b:stock
QUEUED
#实际执行事务，但是之前命令有错误，所以Redis拒绝执行
> EXEC
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.

EXEC 執行後報錯

事務操作入隊時，命令和操作的資料類型不匹配，但Redis 實例沒有檢查出錯誤。

但是，執行完 EXEC 指令以後，Redis 實際執行這些指令，就會報錯。

敲黑板了：Redis 雖然會對錯誤指令報錯，但是事務依然會把正確的命令執行完，這時候事務的原子性就無法保證了！

碼哥，為什麼 Redis 不支援回溯？

其實，Redis 中並沒有提供回溯機制。雖然 Redis 提供了 DISCARD 命令。

但是，這個指令只能用來主動放棄交易執行，把暫存的指令佇列清空，起不到回滾的效果。

EXEC 執行時，發生故障

如果 Redis 開啟了 AOF 日誌，那麼，只會有部分的交易操作被記錄到 AOF 日誌中。

我們需要使用 redis-check-aof 工具檢查 AOF 日誌文件，這個工具可以把未完成的事務操作從 AOF 文件中移除。

這樣一來，我們使用 AOF 恢復實例後，事務操作就不會再被執行，從而保證了原子性。

簡單總結：

命令入隊時就報錯，會放棄事務執行，保證原子性；
• 命令入隊時沒報錯，實際執行時報錯，不保證原子性；
• EXEC 指令執行時實例故障，如果開啟了AOF 日誌，可以保證原子性。

一致性

一致性會受到錯誤指令、執行個體故障發生時機的影響，依照指令出錯實例故障兩個維度的發生時機，可以分成三種情況來分析。

EXEC 執行前，入隊報錯

事務會被放棄執行，所以可以保證一致性。

EXEC 執行後，實際執行時報錯誤

有錯誤的執行不會執行，正確的指令可以正常執行，一致性可以保證。

EXEC 執行時，實例故障

實例故障後會進行重啟，這就和資料復原的方式有關了，我們要根據實例是否開啟了RDB 或AOF 來分情況討論下。

如果我們沒有開啟 RDB 或 AOF，那麼，在實例故障重新啟動後，資料都沒有了，資料庫是一致的。

如果我們使用了 RDB 快照，因為 RDB 快照不會在交易執行時執行。

所以，交易指令操作的結果不會被儲存到 RDB 快照中，使用 RDB 快照進行復原時，資料庫裡的資料也是一致的。

如果我們使用了 AOF 日誌，而交易操作還沒有被記錄到 AOF 日誌時，實例就發生了故障，那麼，使用 AOF 日誌復原的資料庫資料是一致的。

如果只有部分操作被記錄到了 AOF 日誌，我們可以使用 redis-check-aof 清除交易中已經完成的操作，資料庫復原後也是一致的。

隔離性

交易執行又可以分成指令入隊（EXEC 指令執行前）和指令實際執行（EXEC 指令執行後）兩個階段。

所以在並發執行的時候我們針對這兩個階段分兩種情況分析：

• 並發操作在EXEC 指令前執行，隔離性需要透過WATCH 機制保證；

• 並發操作在EXEC 指令之後，隔離性可以保證。

碼哥，什麼是 WATCH 機制？

我們重點來看第一種情況：當一個事務的 EXEC 指令還沒執行時，事務的指令操作是暫存在指令佇列中的。

此時，如果有其它的並發操作，同樣的 key 被修改，需要看交易是否使用了 WATCH 機制。

WATCH 機制的作用是：在交易執行前，監控一個或多個鍵的值變化情況，當交易呼叫EXEC 指令執行時，WATCH 機制會先檢查監控的鍵是否被其它客戶端修改了。

如果修改了，就放棄交易執行，避免事務的隔離性被破壞。

同時，客戶端可以再次執行事務，此時，如果沒有並發修改事務資料的操作了，事務就能正常執行，隔離性也得到了保證。

沒有 WATCH

如果沒有 WATCH 機制， 在 EXEC 指令執行前的並發操作對資料讀寫。

當執行 EXEC 的時候，事務內部要操作的資料已經改變，Redis 並沒有做到事務之間的隔離。

並發操作在EXEC 之後接收執行

至於第二種情況，因為Redis 是用單執行緒執行指令，而且，EXEC 指令執行後，Redis 會保證先把指令佇列中的所有指令執行完再執行之後的指令。

所以，在這種情況下，並發操作不會破壞交易的隔離性。

持久性

#如果Redis 沒有使用RDB 或AOF，那麼交易的持久化屬性肯定得不到保證。

如果Redis 使用了RDB 模式，那麼，在一個事務執行後，而下一次的RDB 快照還未執行前，如果發生了實例宕機，資料遺失，這種情況下，事務修改的數據也是不能保證持久化的。

如果 Redis 採用了 AOF 模式，因為 AOF 模式的三個設定選項 no、everysec 和 always 都會存在資料遺失的情況。

所以，事務的持久性屬性也還是得不到保證。

不管 Redis 採用什麼持久化模式，交易的持久性屬性是得不到保證的。

總結

• #Redis 具備了一定的原子性，但不支援回滾。
• Redis 不具備 ACID 中一致性的概念。 (或者說 Redis 在設計時就無視這點)
• Redis 具備隔離性。
• Redis 無法保證持久性。

Redis 的交易機制可以保證一致性和隔離性，但無法保證持久性。

不過，因為 Redis 本身就是記憶體資料庫，持久性並不是一個必須的屬性，我們更加關注的還是原子性、一致性和隔離性這三個屬性。

原子性的情況比較複雜，當事務中使用的命令語法有誤時，原子性得不到保證，在其它情況下，事務都可以原子性執行。

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