Redis 进阶应用：Redis+Lua 脚本实现复合操作

阅读数：1 2020 年 2 月 7 日 20:38

Redis进阶应用：Redis+Lua脚本实现复合操作

一、引言

Redis 是高性能的 key-value 数据库，在很大程度克服了 memcached 这类 key/value 存储的不足，在部分场景下，是对关系数据库的良好补充。得益于超高性能和丰富的数据结构，Redis 已成为当前架构设计中的首选 key-value 存储系统。

虽然 Redis 官网上提供了 200 多个命令，但做程序设计时还是避免不了为了实现一小步业务逻辑而多次调用 Redis 的情况。

以 compare and set 场景为例。如果使用 Redis 原生命令，需要从 Redis 中获取这个 key，然后提取其中的值进行比对：如果相等就不做处理；如果不相等或者 key 不存在则将 key 设置成目标值。仅仅一个单点的 compare and set 操作就需要与 Redis 通讯两次。

此外，这种分散操作无法利用 Redis 的原子特性，占用多次网络 IO。

今天我们就来探讨一下如何优雅地应对上述场景。

二、Redis 与 Lua

在介绍 Lua 之前，我们需要先对这个语言有个初步了解。Lua 是一个小巧的脚本语言，几乎可以运行在所有操作系统和平台上。我们一般不会用 Lua 处理特别复杂的事务，因此只需了解一些 lua 的基本语法即可。

Redis 问世之后，其开发者也意识到了开篇提到的问题，因此 Redis 从 2.6 版本开始支持 Lua 脚本。新版本的 Redis 还支持 Lua Script debug，感兴趣的小伙伴可以去官网的 Documentation 中找到对应介绍和 QuickStart。

有了 Lua 脚本之后，使用 Redis 程序时便能够在以下方面实现显著提升：

  • 减少网络开销：本来 N 次网络请求的操作，可以用一个请求完成。原先 N 次请求的逻辑放在 Redis 服务器上完成，减少了网络往返时延；

  • 原子操作：Redis 会将整个脚本作为一个整体执行，中间不会被其他命令插入。这是一个重要特性，一定要拿小本本记好。至于为什么是一个原子操作，我们以后再分析；

  • 复用：客户端发送的脚本会永久存储在 Redis 中。这样其他客户端就可以复用这一脚本，而不需要使用代码完成同样的逻辑。

所以现在流传一句话：要想学好 Redis，必会 Lua Script。

三、通过 Lua 脚本实现 compare and set

接下来我们就实现一个简单的 compare and set，并通过这个例子感受一下 Lua 脚本给 Redis 使用带来的全新体验。

首先看一下如何让 Redis 执行 Lua 脚本。

3.1 Redis 的 EVAL

Redis 127.0.0.1:6379> EVAL script  numkeys key [key ...] arg [arg ...]

  • script： 参数是一段 Lua 5.1 脚本程序。脚本不必 (也不应该) 定义为一个 Lua 函数。

  • numkeys： 用于指定键名参数的个数。

  • key [key …]： 从 EVAL 的第三个参数开始算起，表示在脚本中所用到的 Redis 键 (key)。在 Lua 中，这些键名参数可以通过全局变量 KEYS 数组，用 1 为基址的形式访问 ( KEYS[1] ，KEYS[2]，依次类推)。

  • arg [arg …]： 附加参数，在 Lua 中通过全局变量 ARGV 数组访问，访问的形式和 KEYS 变量类似 ( ARGV[1] 、 ARGV[2] ，诸如此类)。

这里借用一下官网的例子。

WechatIMG19.jpeg

上述脚本直接返回了入参。

  • eval 为 Redis 关键字；

  • 第一个引号中的内容就是 Lua 脚本；

  • 2 为参数个数；

  • key1 和 key2 是 KEYS[1]、KEYS[2] 的入参；

  • first 和 second 是 ARGV[1],ARGV[2] 的入参。

大家可以简单地将 KEYS[1],KEYS[2], ARGV[1],ARGV[2] 理解为占位符。

3.2 执行脚本文件和缓存脚本

如果只能在命令行中写脚本执行，遇到复杂的脚本程序岂不是会抓狂？

下面我们来看一下，如何让 Redis 执行 Lua 脚本文件，同时也验证一下 lua 脚本的复用特性（以后我们再也不需要定期批量删除某些符合特定规则的 key 了）。

Redis 127.0.0.1:6379> SCRIPT LOAD  script
Redis 127.0.0.1:6379> EVALSHA sha1  numkeys key [key ...] arg [arg ...]

Redis 提供了一个 SCRIPTLOAD 命令，命令后面的 script 即为 Lua 脚本。命令将脚本 script 添加到脚本缓存中，但并不立即执行这个脚本。执行命令后，Redis 会返回一个 SHA1 串，第二个 EVALSHA 命令即可执行。

需要注意的是，脚本可以在缓存中保留无限长的时间，直到执行完 SCRIPT FLUSH。我们来看一下效果。

WechatIMG20.jpeg

Redis 还支持直接执行 Lua 脚本文件。首先编写并存储一个 Lua 脚本。

WechatIMG21.jpeg

然后调用 Redis-cli –eval 命令

WechatIMG22.jpeg

Redis-cli –eval 命令语法基本与原 eval 语法相同。

3.3 使用 Lua 脚本实现 compare and set

compareand set 的实现逻辑是这样的：首先获取 Redis 中指定 key 的 value，然后与给定值进行比较：如果相等，则将 key 设定为目标值并返回一个标识符；如果不相等，则不作任何操作并返回一个标识符。

if Redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]  then
     Redis.call('set', KEYS[1], ARGV[2]);
     return 1
else
     return 0 end

下面我们来测试一下这个脚本。

首先向 Redis 的指定 key compareAndSet:key 写入一个值 value

WechatIMG23.jpeg

在 Redis 中执行 lua 脚本

WechatIMG24.jpeg

可以看到第一次执行返回 1，说明修改成功了；再使用原参数执行时返回 0，说明没有做任何修改。我们再查询一下 compareAndSet:key 这个 key

WechatIMG25.jpeg

可以看到 compareAndSet:key 这个 key 已经被修改为 new_value 了。

四、总结

我们通过 lua 脚本实现了一个简单的 compareAndSet 操作。

下面我们通过这个例子来验证一下开篇提到的特性。

  • 减少网络开销：不使用脚本的情况下，我们实现一个 compareAndSet 至少需要与 Redis 交互两次，而现在只需要执行一次操作即可完成；

  • 原子操作：得益于 Redis 的设计，Redis 会将整个脚本作为一个整体执行，中间不会被其他命令插入。因此在编写脚本的过程中无需担心出现竞态条件，无需使用事务，感兴趣的可以百度或等待以后后续文章更新；

  • 复用：可以将一系列操作封装成一个 Lua 脚本，存储在文件或 Redis 上，下次使用时直接调用即可。

读到这里，希望你已经对 Redis+Lua 有了一定的了解，并能使用脚本完成一些简单的复合操作。后续还会继续更新一些基于 Lua 脚本 +java 程序实现的分布式数据结构，如延迟队列、可重入锁等，感兴趣的小伙伴可以持续关注。

本文转载自宜信技术学院。

原文链接： http://college.creditease.cn/detail/284

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