Lua 脚本在 Redis 事务中的应用实践

2022 年 9 月 23 日
北京
本文字数：3985 字
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使用过 Redis 事务的应该清楚，Redis 事务实现是通过打包多条命令，单独的隔离操作，事务中的所有命令都会按顺序地执行。事务在执行的过程中，不会被其他客户端发送来的命令请求所打断。事务中的命令要么全部被执行，要么全部都不执行（原子操作）。但其中有命令因业务原因执行失败并不会阻断后续命令的执行，且也无法回滚已经执行过的命令。如果想要实现和 MySQL 一样的事务处理可以使用 Lua 脚本来实现，Lua 脚本中可实现简单的逻辑判断，执行中止等操作。

1 初始 Lua 脚本

Lua 是一个小巧的脚本语言，Redis 脚本使用 Lua 解释器来执行脚本。 Reids 2.6 版本通过内嵌支持 Lua 环境。执行脚本的常用命令为 EVAL。编写 Lua 脚本就和编写 shell 脚本一样的简单。Lua 语言详细教程参见

示例：

--[[    version:1.0    检测key是否存在，如果存在并设置过期时间    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 存在将过期时间延长1分钟 并返回是否存在结果--]local usableExists = redis.call('EXISTS', usableKey)if (1 == usableExists) then    redis.call('PEXPIRE', usableKey, 60000)endreturn { usableExists }

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示例代码中 redis.call(), 是 Redis 内置方法，用与执行 redis 命令
if () then end 是 Lua 语言基本分支语法
KEYS 为 Redis 环境执行 Lua 脚本时 Redis Key 参数，如果使用变量入参使用 ARGV 接收
“—”代表单行注释 “—[[ 多行注释 —]]”

2 实践应用

2.1 需求分析

经典案例需求：库存量扣减并检测库存量是否充足。

基础需求分析：商品当前库存量>=扣减数量时，执行扣减。商品当前库存量<扣减数量时，返回库存不足

实现方案分析：

1）MySQL 事务实现：

利用 DB 行级锁，锁定要扣减商品库存量数据，再判断库存量是否充足，充足执行扣减，否则返回库存不足。
执行库存扣减，再判断扣减后结果是否小于 0，小于 0 说明库存不足，事务回滚，否则提交事务。

2）方案优缺点分析：

优点：MySQL 天然支持事务，实现难度低。
缺点：不考虑热点商品场景，当业务量达到一定量级时会达到 MySQL 性能瓶颈，单库无法支持业务时扩展问题成为难点，分表、分库等方案对功能开发、业务运维、数据运维都须要有针对于分表、分库方案所配套的系统或方案。对于系统改造实现难度较高。

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充足，充足执行扣减，否则返回库存不足。
执行库存扣减，再判断扣减后结果是否小于 0，小于 0 说明库存不足，反向操作增加减少库存量，返回操作结果

方案优缺点分析：

优点：Redis 命令执行单线程特性，无须考虑并发锁竟争所带来的实现复杂度。Redis 天然支持 Lua 脚本，Lua 语言学习难度低，实现与 MySQL 方案难度相当。Redis 同一时间单位支持的并发量比 MySQL 大，执行耗时更小。对于业务量的增长可以扩容 Redis 集群分片。
缺点：暂无

2.2 Redis Lua 脚本事务方案实现

初始化商品库存量：

//利用Watch 命令乐观乐特性，减少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连接上完成List<Object> result = stringRedisTemplate.execute(new SessionCallback<List<Object>>() {            public List<Object> execute(RedisOperations operations) {                Assert.notNull(operations, "operations must not be null");//Watch 命令用于监视一个(或多个) key ，如果在事务执行之前这个(或这些) key 被其他命令所改动，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，只有一个能成功                operations.watch(initOperationData.getWatchKeys());                int initQuantity;                try {//查询DB商品库存量                    initQuantity = initStockCallback.getInitQuantity(initOperationData);                } catch (Exception e) {                    //异常后释放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 过期时间                operations.expire(initOperationData.getGoodsKey(), Duration.ofMinutes(60000L));///执行事事务                return operations.exec();            }        });//判断事务执行结果        if (!CollectionUtils.isEmpty(result) && result.get(0) instanceof Boolean) {            return (Boolean) result.get(0);        }        return false;    }

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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：操作成功         0: 操作失败        -1: KEY不存在        -2：重复操作        -3: 库存不足        -4：过期操作        -5：缺量库存不足        -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 设置失败说明操作重复返回-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 说明库存不足 回滚扣减数量 并清除防重key立即过期 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--]-- [ 需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}

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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("[{}]文件读取异常", file.getPath());        }        return null;    }//初始化Lua脚本到Redis服务器 成功后会返回脚本对应的sha1码，系统缓存脚本sha1码，//通过sha1码可以在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()));}

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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脚本中使用到的KEYS args为Lua脚本中使用到的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功能，多个key 使用{}将相同部分包裹 //例：usableKey:{EMG123} operateKey:operate:{EMG123} Object result = stringRedisTemplate.execute(redisScriptSha1, keys, args);//解析执行结果        return parseResult(operationData, result);    }

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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使用 Redis 配合 Lua 脚本完成简单逻辑处理抗并发量是个不错的选择。

注：Lua 脚本逻辑尽量简单，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，非原子操作或逻辑复杂会增加于脚本调试与维度难度。理想状态是将业务用 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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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/9a226aef8c21c8856be6a3f3a】。文章转载请联系作者。

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Lua 脚本在 Redis 事务中的应用实践

1 初始 Lua 脚本

2 实践应用

2.1 需求分析

2.2 Redis Lua 脚本事务方案实现

3 总结

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