关于redis:Lua脚本在Redis事务中的应用实践

应用过Redis事务的应该分明，Redis事务实现是通过打包多条命令，独自的隔离操作，事务中的所有命令都会按程序地执行。事务在执行的过程中，不会被其余客户端发送来的命令申请所打断。事务中的命令要么全副被执行，要么全副都不执行（原子操作）。但其中有命令因业务起因执行失败并不会阻断后续命令的执行，且也无奈回滚曾经执行过的命令。如果想要实现和MySQL一样的事务处理能够应用Lua脚本来实现，Lua脚本中可实现简略的逻辑判断，执行停止等操作。

1 初始Lua脚本
Lua是一个玲珑的脚本语言，Redis 脚本应用 Lua 解释器来执行脚本。 Reids 2.6 版本通过内嵌反对 Lua 环境。执行脚本的常用命令为 EVAL。编写Lua脚本就和编写shell脚本一样的简略。Lua语言具体教程参见

示例：


--[[
    version:1.0
    检测key是否存在，如果存在并设置过期工夫
    入参列表：
        参数个数量：1
        KEYS[1]:goodsKey 商品Key

    返回列表code:
        +0：不存在
        +1：存在
--]]
local usableKey = KEYS[1]

--[ 判断usableKey在Redis中是否存在 存在将过期工夫缩短1分钟 并返回是否存在后果--]
local usableExists = redis.call('EXISTS', usableKey)
if (1 == usableExists) then
    redis.call('PEXPIRE', usableKey, 60000)
end
return { usableExists }

示例代码中redis.call(), 是Redis内置办法，用与执行redis命令
if () then end 是Lua语言根本分支语法
KEYS 为Redis环境执行Lua脚本时Redis Key 参数，如果应用变量入参应用ARGV接管
“—”代表单行正文 “—[[ 多行正文 —]]”

2 实际利用
2.1 需要剖析
经典案例需要：库存量扣减并检测库存量是否短缺。

根底需要剖析：商品以后库存量>=扣减数量时，执行扣减。商品以后库存量<扣减数量时，返回库存有余

实现计划剖析：

1）MySQL事务实现：

利用DB行级锁，锁定要扣减商品库存量数据，再判断库存量是否短缺，短缺执行扣减，否则返回库存有余。
执行库存扣减，再判断扣减后后果是否小于0，小于0阐明库存有余，事务回滚，否则提交事务。
2）计划优缺点剖析：

长处：MySQL人造反对事务，实现难度低。
毛病：不思考热点商品场景，当业务量达到一定量级时会达到MySQL性能瓶颈，单库无奈反对业务时扩大问题成为难点，分表、分库等计划对性能开发、业务运维、数据运维都须要有针对于分表、分库计划所配套的零碎或计划。对于零碎革新实现难度较高。
Redis Lua脚本事务实现：将库存扣减判断库存量最小原子操作逻辑编写为Lua脚本。

从DB中初始化商品库存数量，利用Redis WATCH命令。
判断商品库存量是否短缺，短缺执行扣减，否则返回库存有余。
执行库存扣减，再判断扣减后后果是否小于0，小于0阐明库存有余，反向操作减少缩小库存量，返回操作后果
计划优缺点剖析：

长处：Redis命令执行单线程个性，毋庸思考并发锁竟争所带来的实现复杂度。Redis人造反对Lua脚本，Lua语言学习难度低，实现与MySQL计划难度相当。Redis同一时间单位反对的并发量比MySQL大，执行耗时更小。对于业务量的增长能够扩容Redis集群分片。
毛病：暂无

2.2 Redis Lua脚本事务计划实现
初始化商品库存量：


//利用Watch 命令乐观乐个性，缩小锁竞争所损耗的性能
 public boolean init(InitStockCallback initStockCallback, InitOperationData initOperationData) {
 //SessionCallback 会话级Rdis事务回调接口 针对于operations所有操作将在同一个Redis tcp连贯上实现
List<Object> result = stringRedisTemplate.execute(new SessionCallback<List<Object>>() {
            public List<Object> execute(RedisOperations operations) {
                Assert.notNull(operations, "operations must not be null");
//Watch 命令用于监督一个(或多个) key ，如果在事务执行之前这个(或这些) key 被其余命令所改变，那么事务将被打断
//当出前并发初始化同一个商品库存量时，只有一个能胜利
                operations.watch(initOperationData.getWatchKeys());
                int initQuantity;
                try {
//查问DB商品库存量
                    initQuantity = initStockCallback.getInitQuantity(initOperationData);
                } catch (Exception e) {
                    //异样后开释watch
                    operations.unwatch();
                    throw e;
                }
//开启Reids事务
                operations.multi();
//setNx设置商品库存量
                operations.opsForValue().setIfAbsent(initOperationData.getGoodsKey(), String.valueOf(initQuantity));
//设置商品库存量 key 过期工夫
                operations.expire(initOperationData.getGoodsKey(), Duration.ofMinutes(60000L));
///执行事事务
                return operations.exec();
            }
        });
//判断事务执行后果
        if (!CollectionUtils.isEmpty(result) && result.get(0) instanceof Boolean) {
            return (Boolean) result.get(0);
        }
        return false;
    }

库存扣减逻辑

--[[
    version:1.0
    减可用库存
    入参列表：
        参数个数量：
        KEYS[1]:usableKey 商品可用量Key
        KEYS[3]:usableSubtractKey 减量记录key
        KEYS[4]:operateKey 操作防重Key
        KEYS[5]:hSetRecord 记录操作单号信息
        ARGV[1]:quantity操作数量
        ARGV[2]:version 操作版本号
        ARGV[5]:serialNumber 单据流水编码
        ARGV[6]:record 是否记录过程量
    返回列表：
        +1：操作胜利
         0: 操作失败
        -1: KEY不存在
        -2：反复操作
        -3: 库存有余
        -4：过期操作
        -5：缺量库存有余
        -6：可用负库存
--]]
local usableKey = KEYS[1];
local usableSubtractKey = KEYS[3]
local operateKey = KEYS[4]
local hSetRecord = KEYS[5]

local quantity = tonumber(ARGV[1])
local version = ARGV[2]
local serialNumber = ARGV[5]

--[ 判断商品库存key是否存在 不存在返回-1 --]
local usableExists = redis.call('EXISTS', usableKey);
if (0 == usableExists) then
    return { -1, version, 0, 0 };
end

--[ 设置防重key 设置失败阐明操作反复返回-2 --]
local isNotRepeat = redis.call('SETNX', operateKey, version);
if (0 == isNotRepeat) then
    redis.call('SET', operateKey, version);
    return { -2, version, quantity, 0 };
end


--[ 商品库存量扣减后小0 阐明库存有余 回滚扣减数量 并革除防重key立刻过期 返回-3 --]
local usableResult = redis.call('DECRBY', usableKey, quantity);
if ( usableResult < 0) then
    redis.call('INCRBY', usableKey, quantity);
    redis.call('PEXPIRE', operateKey, 0);
    return { -3, version, 0, usableResult };
end

--[ 记录扣减量并设置防重key 30天后过期 返回 1--]
-- [ 须要记录过程量与过程单据信息 --]
local usableSubtractResult = redis.call('INCRBY', usableSubtractKey, quantity);
redis.call('HSET', hSetRecord, serialNumber, quantity)
redis.call('PEXPIRE', hSetRecord, 3600000)
redis.call('PEXPIRE', operateKey, 2592000000)
redis.call('PEXPIRE', usableKey, 3600000)
return { 1, version, quantity, 0, usableResult ,usableSubtractResult}

初始化Lua脚本到Redis服务器

//读取Lua脚本文件
    private String readLua(File file) {
        StringBuilder sbf = new StringBuilder();
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file))) {
            String temp;
            while (Objects.nonNull(temp = reader.readLine())) {
                sbf.append(temp);
                sbf.append('\n');
            }
            return sbf.toString();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            LOGGER.error("[{}]文件不存在", file.getPath());
        } catch (IOException e) {
            LOGGER.error("[{}]文件读取异样", file.getPath());
        }
        return null;
    }
//初始化Lua脚本到Redis服务器 胜利后会返回脚本对应的sha1码，零碎缓存脚本sha1码，
//通过sha1码能够在Redis服务器执行对应的脚本
public String scriptLoad(File file) {
String script = readLua(file)
   return stringRedisTemplate.execute((RedisCallback<String>) connection -> connection.scriptLoad(script.getBytes()));
}

脚本执行


 public OperationResult evalSha(String redisScriptSha1,OperationData operationData) {
        List<String> keys = operationData.getKeys();
        String[] args = operationData.getArgs();
//执行Lua脚本 keys 为Lua脚本中应用到的KEYS args为Lua脚本中应用到的ARGV参数
//如果是在Redis集群模式下，同一个脚本中的多个key,要满足多个key在同一个分片
//服务器开启hash tag性能，多个key 应用{}将雷同局部包裹 
//例：usableKey:{EMG123} operateKey:operate:{EMG123} 
Object result = stringRedisTemplate.execute(redisScriptSha1, keys, args);
//解析执行后果        
return parseResult(operationData, result);
    }

3 总结

Redis在小数据操作并发可达到10W,针对与业务中对资源强校验且高并发场景下应用Redis配合Lua脚本实现简略逻辑解决抗并发量是个不错的抉择。

注：Lua脚本逻辑尽量简略，Lua脚本实用于耗时短且原子操作。耗时长影响Redis服务器性能，非原子操作或逻辑简单会减少于脚本调试与维度难度。现实状态是将业务用Lua脚本包装成一个如Redis命令一样的操作。

作者：王纯

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