Redis原子操作与其业务场景

Redis单线程到底指什么？

执行 Redis 命令的核心模块是单线程的，而不是整个 Redis 实例就一个线程，Redis 其他模块还有各自模块的线程的。
Redis 的瓶颈并不在 CPU，而在内存和网络
其实，Redis 4.0 开始就有多线程的概念了，比如 Redis 通过多线程方式在后台删除对象、以及通过 Redis 模块实现的阻塞命令等。

由于redis命令核心是单线程的，所以操作都具有原子性，采用redis的原子性就能避免超卖等问题
数据库事务的情景下，原子性指的是：一个事务（transaction）中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不会结束在中间某个环节。
Redis而言，命令的原子性指的是：一个操作的不可以再分，操作要么执行，要么不执行。

在并发编程中，我们通常会遇到以下三个问题：原子性问题，可见性问题，有序性问题

原子性：一个或某几个操作只能在一个线程执行完之后，另一个线程才能开始执行该操作。多线程环境下用“锁”、synchronized保证原子性
可见性：是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。Java提供了volatile关键字来保证可见性。
有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

错误的代码与正确代码

// 错误的代码
public function sku(int $item_id) {
    // 获取库存
    $num = Yii::$app->redis->hget(self::REDIS_SKU, $item_id);
    // 判断库存为0
    if ($num <= 0) {
        return -1;
    }
    // 库存减少1
    return Yii::$app->redis->hincrby(self::REDIS_SKU, $item_id, -1);
}

当并发请求时，该写法会导致出现超卖的情况。虽然hget与hincrby都是原子性的，但两个命令组合起来就不具备原子性了。所有在两个命令之间其他客户端会出现读写脏数据的情况。
假设当库存只有1时，同时来了3个请求，由于hget有原子性，三个请求依次执行hget命令，如果第一个用户在未执行hincrby之前，第三个用户就执行了hget，那么第二和第三个用户都会绕过$num <= 0判断。这三个用户都能抢购成功。而实际上只剩下一件库存可以抢了，库存会出现-2情况。
```
// 正确的代码
public function sku(int $item_id) {
  $rediskey = self::REDIS_SKU . ':' . $item_id;
  if (Yii::$app->redis->lpop($rediskey)) { // 移除并返回列表的第一个元素，无库存时返回false 
      //return Yii::$app->redis->llen($rediskey); // 减少后的库存
      return 1; // 库存减少成功
  }
  return -1; // 无库存
}
```
由于lpop操作有原子性，所以高并发时无法绕过if判断，从而不会出现超卖的情况。这里初始化的时候使用了队列，队列的初始化和数字库存的初始化相比稍微麻烦些，那么有没有其他改进方案呢？这里的原理其实还是使用了lpop的原子性，lpop命令有就减少队列，没有就返回null。
```
// 改进的代码 使用redis+lua
public function sku(int $item_id) {
  $script = <<<EOT
if tonumber(redis.call("get",KEYS[1])) > 0 then
  return redis.call("DECRBY",KEYS[1],1)
else
  return -1
end
EOT;
  $rediskey = self::REDIS_SKU . ':' . $item_id;
  return Yii::$app->redis->eval($script, 1, $rediskey);
}
```
需要改进这个库存安全，需要满足两个条件：1、一个命令完成库存减1；2、库存为0时不减1，且返回空；目前就队列(list)的lpop与rpop可以实现；
Redis 使用单个 Lua 解释器去运行所有脚本，并且， Redis 也保证脚本会以原子性(atomic)的方式执行：当某个脚本正在运行的时候，不会有其他脚本或 Redis 命令被执行。

业务场景

扩展知识

Redis事务

在redis中，对于一个存在问题的命令，如果在入队的时候就已经出错，整个事务内的命令将都不会被执行（其后续的命令依然可以入队），如果这个错误命令在入队的时候并没有报错，而是在执行的时候出错了，那么redis默认跳过这个命令执行后续命令。也就是说，redis只实现了部分事务。

总结redis事务的三条性质：

单独的隔离操作：事务中的所有命令会被序列化、按顺序执行，在执行的过程中不会被其他客户端发送来的命令打断
没有隔离级别的概念：队列中的命令在事务没有被提交之前不会被实际执行
不保证原子性：redis中的一个事务中如果存在命令执行失败，那么其他命令依然会被执行，没有回滚机制

Redis锁

参考资料

Redis实现原子操作的两种方式与商品入库出库解决方案
 基于redis实现的扣减库存
 Redis的事务不是原子性的

最后更新于 2022-04-18 15:48:15 并被添加「redis」标签，已有 706 位童鞋阅读过。

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