Redis 事务支持 ACID 么？

腾讯面试官：「数据库事务机制了解么？」

「内心独白：小意思，不就 ACID 嘛，转眼一想，我面试的可是技术专家，不会这么简单的问题吧」

程许远：「balabala…… 极其自信且从容淡定的说了一通。」

腾讯面试官：「Redis 的事务了解么？它的事务机制能实现 ACID 属性么？」

程许远：「挠头，这个……我知道 lua 脚本能实现事务…」

腾讯面试官：「好的，回去等通知吧。」

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码哥，我跟着你学习了 《Redis 系列》斩获了很多 offer，没想到最后败在了 「Redis 如何实现事务？」这个问题上。

我们来一步步分析：

1. 什么是事务 ACID？
2. Redis 如何实现事务？
3. Redis 的事务能实现哪些属性？
4. Lua 脚本实现。

什么是事务的 ACID

鬼吹灯之《云南虫谷》中的摸金校尉有句话叫「合则生，分则死」，为了寻找雮尘珠他们三人分工明确、齐心协力共进退方可成功。

事务（Transaction）是并发控制单位，一个操作序列组合而成，这些操作要么都执行，要么都不执行。

「是一个不可分割的工作单位」。

事务在执行时，会提供专门的属性保证：

• 原子性（Atomicity）：一个事务的多个操作必须完成，或者都不完成（ps：MySQL 的原子性靠什么实现呢？欢迎留言区评论）；

• 一致性（Consistency）：事务执行结束后，数据库的完整性约束没有被破坏，事务执行的前后顺序都是合法数据状态。

  数据库的完整性约束包括但不限于：

  • 实体完整性（如行的主键存在且唯一）；
  • 列完整性（如字段的类型、大小、长度要符合要求）
  • 外键约束；
  • 用户自定义完整性（如转账前后，两个账户余额的和应该不变）。

• 隔离性（Isolation）：事务内部的操作与其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。

  讲究的是不同事务之间的相互影响，严格的隔离性对应隔离级别中的可串行化（Serializable）。

• 持久性（Durability）：事务一旦提交，所有的修改将永久的保存到数据库中，即使系统崩溃重启后数据也不会丢失。

码哥，了解了 ACID 的具体要求后，Redis 是如何实现事务机制呢？

Redis 如何实现事务

MULTI、EXEC、DISCARD 和 WATCH 命令是 Redis 实现事务的的基础。

Redis 事务的执行过程包含三个步骤：

1. 开启事务；
2. 命令入队；
3. 执行事务或丢弃；

显式开启一个事务

客户端通过 MULTI 命令显式地表示开启一个事务，随后的命令将排队缓存，并不会实际执行。

命令入队

客户端把事务中的要执行的一系列指令发送到服务端。

需要注意的是，虽然指令发送到服务端，但是 Redis 实例只是把这一系列指令暂存在一个命令队列中，并不会立刻执行。

执行事务或丢弃

客户端向服务端发送提交或者丢弃事务的命令，让 Redis 执行第二步中发送的具体指令或者清空队列命令，放弃执行。

Redis 只需在调用 EXEC 时，即可安排队列命令执行。

也可通过 DISCARD 丢弃第二步中保存在队列中的命令。

Redis 事务案例

通过在线调试网站执行我们的样例代码：https://try.redis.io

正常执行

通过 MULTI 和 EXEC 执行一个事务过程：

# 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"

我们看到每个读写指令执行后的返回结果都是 QUEUED，表示谢谢操作都被暂存到了命令队列，还没有实际执行。

当执行了 EXEC 命令，就可以看到具体每个指令的响应数据。

放弃事务

通过 MULTI 和 DISCARD丢弃队列命令：

# 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"

码哥，Redis 的事务能保证 ACID 特性么？

这个问题问得好，我们一起来分析下。

Redis 事务满足 ACID？

Redis 事务可以一次执行多个命令， 并且带有以下三个重要的保证：

1. 批量指令在执行 EXEC 命令之前会放入队列暂存；
2. 收到 EXEC 命令后进入事务执行，事务中任意命令执行失败，其余的命令依然被执行；
3. 事务执行过程中，其他客户端提交的命令不会插入到当前命令执行的序列中。

原子性

码哥，如果事务执行过程中发生错误了，原子性能保证么？

在事务期间，可能遇到两种命令错误：

• 在执行 EXEC 命令前，发送的指令本身就错误。如下：

  • 参数数量错误；
  • 命令名称错误，使用了不存在的命令；
  • 内存不足（Redis 实例使用 maxmemory指令配置内存限制）。
• 在执行 EXEC 命令后，命令可能会失败。例如，命令和操作的数据类型不匹配（对 String 类型 的 value 执行了 List 列表操作）；
• 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。

EXEC 执行前报错

在命令入队时，Redis 就会报错并且记录下这个错误。

此时，我们还能继续提交命令操作。

等到执行了 EXEC命令之后，Redis 就会拒绝执行所有提交的命令操作，返回事务失败的结果。

这样一来，事务中的所有命令都不会再被执行了，保证了原子性。

如下是指令入队发生错误，导致事务失败的例子：

#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 执行后报错

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。

但是，在执行完 EXEC 命令以后，Redis 实际执行这些指令，就会报错。

敲黑板了：Redis 虽然会对错误指令报错，但是事务依然会把正确的命令执行完，这时候事务的原子性就无法保证了！

码哥，为什么 Redis 不支持回滚？

其实，Redis 中并没有提供回滚机制。虽然 Redis 提供了 DISCARD 命令。

但是，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。

EXEC 执行时，发生故障

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。

简单总结：

• 命令入队时就报错，会放弃事务执行，保证原子性；
• 命令入队时没报错，实际执行时报错，不保证原子性；
• EXEC 命令执行时实例故障，如果开启了 AOF 日志，可以保证原子性。

一致性

一致性会受到错误命令、实例故障发生时机的影响，按照命令出错实例故障两个维度的发生时机，可以分三种情况分析。

EXEC 执行前，入队报错

事务会被放弃执行，所以可以保证一致性。

EXEC 执行后，实际执行时报错

有错误的执行不会执行，正确的指令可以正常执行，一致性可以保证。

EXEC 执行时，实例故障

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。

隔离性

事务执行又可以分成命令入队（EXEC 命令执行前）和命令实际执行（EXEC 命令执行后）两个阶段。

所以在并发执行的时候我们针对这两个阶段分两种情况分析：

1. 并发操作在 EXEC 命令前执行，隔离性需要通过 WATCH 机制保证；
2. 并发操作在 EXEC 命令之后，隔离性可以保证。

码哥，什么是 WATCH 机制？

我们重点来看第一种情况：一个事务的 EXEC 命令还没有执行时，事务的命令操作是暂存在命令队列中的。

此时，如果有其它的并发操作，同样的 key 被修改，需要看事务是否使用了 WATCH 机制。

WATCH 机制的作用是：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，就放弃事务执行，避免事务的隔离性被破坏。

同时，客户端可以再次执行事务，此时，如果没有并发修改事务数据的操作了，事务就能正常执行，隔离性也得到了保证。

没有 WATCH

如果没有 WATCH 机制， 在 EXEC 命令执行前的并发操作对数据读写。

当执行 EXEC 的时候，事务内部要操作的数据已经改变，Redis 并没有做到事务之间的隔离。

并发操作在 EXEC 之后接收执行

至于第二种情况，因为 Redis 是用单线程执行命令，而且，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再执行之后的指令。

所以，在这种情况下，并发操作不会破坏事务的隔离性。

持久性

如果 Redis 没有使用 RDB 或 AOF，那么事务的持久化属性肯定得不到保证。

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，数据丢失，这种情况下，事务修改的数据也是不能保证持久化的。

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。

不管 Redis 采用什么持久化模式，事务的持久性属性是得不到保证的。

总结

• Redis 具备了一定的原子性，但不支持回滚。
• Redis 不具备 ACID 中一致性的概念。(或者说 Redis 在设计时就无视这点)
• Redis 具备隔离性。
• Redis 无法保证持久性。

Redis 的事务机制可以保证一致性和隔离性，但是无法保证持久性。

不过，因为 Redis 本身是内存数据库，持久性并不是一个必须的属性，我们更加关注的还是原子性、一致性和隔离性这三个属性。

原子性的情况比较复杂，当事务中使用的命令语法有误时，原子性得不到保证，在其它情况下，事务都可以原子性执行。

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