Redis可以实现事务ACID特性吗

发布时间 2023-04-18 15:50:44作者: IT随笔

所谓的事务,就是指对数据进行读写的一系列操作。事务在执行时,会提供专门的属性保证,包括原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)和持久性(Durability),也就是 ACID 属性。

 这些属性既包括了对事务执行结果的要求,也有对数据库在事务执行前后的数据状态变化的要求。

 

1、事务 ACID 属性的要求

  • 原子性的要求很明确,就是一个事务中的多个操作必须都完成,或者都不完成。业务应用使用事务时,原子性也是最被看重的一个属性。
  • 一致性这个很容易理解,就是指数据库中的数据在事务执行前后是一致的。
  • 隔离性要求数据库在执行一个事务时,其它操作无法存取到正在执行事务访问的数据。
  • 最后是持久性,数据库执行事务后,数据的修改要被持久化保存下来。当数据库重启后,数据的值需要是被修改后的值。

 

2、Redis 的事务机制能保证哪些属性?

 

下面的代码就显示了使用 MULTI 和 EXEC 执行一个事务的过程,你可以看下。

#开启事务
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
#将a:stock减1,
127.0.0.1:6379> DECR a:stock
QUEUED
#将b:stock减1
127.0.0.1:6379> DECR b:stock
QUEUED
#实际执行事务
127.0.0.1:6379> EXEC
1) (integer) 4
2) (integer) 9

 

 

我们来逐步分析下。

 

原子性

如果事务正常执行,没有发生任何错误,那么,MULTI 和 EXEC 配合使用,就可以保证多个操作都完成。但是,如果事务执行发生错误了,原子性还能保证吗?我们需要分三种情况来看。

 

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。

 

我们来简单小结下:

  • 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

事务的一致性保证会受到错误命令、实例故障的影响。所以,我们按照命令出错和实例故障的发生时机,分成三种情况来看。

情况一:命令入队时就报错

在这种情况下,事务本身就会被放弃执行,所以可以保证数据库的一致性。

情况二:命令入队时没报错,实际执行时报错

在这种情况下,有错误的命令不会被执行,正确的命令可以正常执行,也不会改变数据库的一致性。

情况三:EXEC 命令执行时实例发生故障

在这种情况下,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。

所以,总结来说,在命令执行错误或 Redis 发生故障的情况下,Redis 事务机制对一致性属性是有保证的。接下来,我们再继续分析下隔离性。

 

隔离性

事务的隔离性保证,会受到和事务一起执行的并发操作的影响。

 

而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,我们就针对这两个阶段,分成两种情况来分析:

  1. 并发操作在 EXEC 命令前执行,此时,隔离性的保证要使用 WATCH 机制来实现,否则隔离性无法保证;
  2. 并发操作在 EXEC 命令后执行,此时,隔离性可以保证。

 

我们先来看第一种情况。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,我们就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。然后,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。

 

持久性

因为 Redis 是内存数据库,所以,数据是否持久化保存完全取决于 Redis 的持久化配置模式。

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,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。

所以,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。

 

3、总结

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,只有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。