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Redis 单线程 为何却需要事务处理并发问题

码代码的小司机
 码代码的小司机
发布于 06/18 11:11
字数 1536
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Redis是单线程处理,也就是命令会顺序执行。那么为什么会存在并发问题呢?

个人理解是,虽然redis是单线程,但是可以同时有多个客户端访问,每个客户端会有
一个线程。客户端访问之间存在竞争

简单的总结下,其实redis本事是不会存在并发问题的,因为他是单进程的,再多的command都是one by one执行的。我们使用的时候,可能会出现并发问题,比如getset这一对。

因为存在多客户端并发,所以必须保证操作的原子性。比如银行卡扣款问题,获取余额,判断,扣款,写回就必须构成事务,否则就可能出错。

redis中的并发问题

使用redis作为缓存已经很久了,redis是以单进程的形式运行的,命令是一个接着一个执行的,一直以为不会存在并发的问题,直到今天看到相关的资料,才恍然大悟~~

具体问题实例

有个键,假设名称为myNum,里面保存的是阿拉伯数字,假设现在值为1,存在多个连接对myNum进行操作的情况,这个时候就会有并发的问题。假设有两个连接linkAlinkB,这两个连接都执行下面的操作,取出myNum的值,+1,然后再存回去,看看下面的交互:

linkA get myNum => 1
linkB get myNum => 1
linkA set muNum => 2
linkB set myNum => 2

执行完操作之后,结果可能是2,这和我们预期的3不一致。
再看一个具体的例子:

<?php
require "vendor/autoload.php";

$client = new Predis\Client([
    'scheme' => 'tcp',
    'host' => '127.0.0.1',
    'port' => 6379,
]);

for ($i = 0; $i < 1000; $i++) {
    $num = intval($client->get("name"));
    $num = $num + 1;
    $client->setex("name", $num, 10080);
    usleep(10000);
}

设置name初始值为0,然后同时用两个终端执行上面的程序,最后name的值可能不是2000,而是一个<2000的值,这也就证明了我们上面的并发问题的存在,这个该怎么解决呢?

redis中的事务

redis中也是有事务的,不过这个事务没有mysql中的完善,只保证了一致性和隔离性,不满足原子性和持久性。
redis事务使用multi、exec命令

原子性,redis会将事务中的所有命令执行一遍,哪怕是中间有执行失败也不会回滚。kill信号、宿主机宕机等导致事务执行失败,redis也不会进行重试或者回滚。

持久性,redis事务的持久性依赖于redis所使用的持久化模式,遗憾的是各种持久化模式也都不是持久化的。

隔离性,redis是单进程,开启事务之后,会执行完当前连接的所有命令直到遇到exec命令,才处理其他连接的命令。
一致性,看了文档,觉得挺扯的,但是貌似说的没有问题。

redis中的事务不支持原子性,所以解决不了上面的问题。

当然了redis还有一个watch命令,这个命令可以解决这个问题,看下面的例子,对一个键执行watch,然后执行事务,由于watch的存在,他会监测键a,当a被修该之后,后面的事务就会执行失败,这就确保了多个连接同时来了,都监测着a,只有一个能执行成功,其他都返回失败。

127.0.0.1:6379> set a 1
OK
127.0.0.1:6379> watch a
OK
127.0.0.1:6379> multi 
OK
127.0.0.1:6379> incr a
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) (integer) 2
127.0.0.1:6379> get a
"2"

失败时候的例子,从最后可以看出,test的值被其他连接修改了:

127.0.0.1:6379> set test 1
OK
127.0.0.1:6379> watch test
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> incrby test 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
(nil)
127.0.0.1:6379> get test
"100"

我的问题如何解决

redis中命令是满足原子性的,因此在值为阿拉伯数字的时候,我可以将getset命令修改为incr或者incrby来解决这个问题,下面的代码开启两个终端同时执行,得到的结果是满足我们预期的2000

<?php
require "vendor/autoload.php";

$client = new Predis\Client([
    'scheme' => 'tcp',
    'host'   => '127.0.0.1',
    'port'   => 6379,
]);

for ($i = 0; $i < 1000; $i++) {
    $client->incr("name");
    $client->expire("name", 10800);
    usleep(10000);
}

@manzilu 提到的方法

评论中manzilu提到的方法查了下资料,确实可行,效果还不错,这里写了个例子

<?php
require "vendor/autoload.php";

$client = new Predis\Client([
    'scheme' => 'tcp',
    'host'   => '127.0.0.1',
    'port'   => 6379,
]);

class RedisLock
{
    public $objRedis = null;
    public $timeout = 3;
    /**
     * @desc 设置redis实例
     *
     * @param obj object | redis实例
     */
    public function __construct($obj)
    {
        $this->objRedis = $obj;
    }

    /**
     * @desc 获取锁键名
     */
    public function getLockCacheKey($key)
    {
        return "lock_{$key}";
    }

    /**
     * @desc 获取锁
     *
     * @param key string | 要上锁的键名
     * @param timeout int | 上锁时间
     */
    public function getLock($key, $timeout = NULL)
    {
        $timeout = $timeout ? $timeout : $this->timeout;
        $lockCacheKey = $this->getLockCacheKey($key);
        $expireAt = time() + $timeout;
        $isGet = (bool)$this->objRedis->setnx($lockCacheKey, $expireAt);
        if ($isGet) {
            return $expireAt;
        }

        while (1) {
            usleep(10);
            $time = time();
            $oldExpire = $this->objRedis->get($lockCacheKey);
            if ($oldExpire >= $time) {
                continue;
            }
            $newExpire = $time + $timeout;
            $expireAt = $this->objRedis->getset($lockCacheKey, $newExpire);
            if ($oldExpire != $expireAt) {
                continue;
            }
            $isGet = $newExpire;
            break;
        }
        return $isGet;
    }

    /**
     * @desc 释放锁
     *
     * @param key string | 加锁的字段
     * @param newExpire int | 加锁的截止时间
     *
     * @return bool | 是否释放成功
     */
    public function releaseLock($key, $newExpire)
    {
        $lockCacheKey = $this->getLockCacheKey($key);
        if ($newExpire >= time()) {
            return $this->objRedis->del($lockCacheKey);
        }
        return true;
    }
}

$start_time = microtime(true);
$lock = new RedisLock($client);
$key = "name";
for ($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $newExpire = $lock->getLock($key);
    $num = $client->get($key);
    $num++;
    $client->set($key, $num);
    $lock->releaseLock($key, $newExpire);
}
$end_time = microtime(true);

echo "花费时间 : ". ($end_time - $start_time) . "\n";

执行shell php setnx.php & php setnx.php&,最后会得到结果:

$ 花费时间 : 4.3004920482635
[2]  + 72356 done       php setnx.php
# root @ ritoyan-virtual-pc in ~/PHP/redis-high-concurrency [20:23:41] 
$ 花费时间 : 4.4319710731506
[1]  + 72355 done       php setnx.php

同样循环1w次,去掉usleep,使用incr直接进行增加,耗时在2s左右。
而获取所得时候取消usleep,时间不但没减少,反而增加了,这个usleep的设置要合理,免得进程做无用的循环

总结

看了这么多,简单的总结下,其实redis本事是不会存在并发问题的,因为他是单进程的,再多的command都是one by one执行的。我们使用的时候,可能会出现并发问题,比如getset这一对。

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