使用過Redis事務的應該清楚，Redis事務實現是通過打包多條命令，單獨的隔離操作，事務中的所有命令都會按順序地執行。事務在執行的過程中，不會被其他使用者端傳送來的命令請求所打斷。事務中的命令要麼全部被執行，要麼全部都不執行（原子操作）。但其中有命令因業務原因執行失敗並不會阻斷後續命令的執行，且也無法回滾已經執行過的命令。如果想要實現和MySQL一樣的事務處理可以使用Lua指令碼來實現，Lua指令碼中可實現簡單的邏輯判斷，執行中止等操作。

1 初始Lua指令碼

Lua是一個小巧的指令碼語言，Redis 指令碼使用 Lua 直譯器來執行指令碼。 Reids 2.6 版本通過內嵌支援 Lua 環境。執行指令碼的常用命令為 EVAL。編寫Lua指令碼就和編寫shell指令碼一樣的簡單。Lua語言詳細教學參見

範例：

--[[
    version:1.0
    檢測key是否存在，如果存在並設定過期時間
    入參列表：
        引數個數量：1
        KEYS[1]:goodsKey 商品Key

    返回列表code:
        +0：不存在
        +1：存在
--]]
local usableKey = KEYS[1]

--[ 判斷usableKey在Redis中是否存在 存在將過期時間延長1分鐘 並返回是否存在結果--]
local usableExists = redis.call('EXISTS', usableKey)
if (1 == usableExists) then
    redis.call('PEXPIRE', usableKey, 60000)
end
return { usableExists }

範例程式碼中redis.call(), 是Redis內建方法，用與執行redis命令
if () then end 是Lua語言基本分支語法
KEYS 為Redis環境執行Lua指令碼時Redis Key 引數，如果使用變數入參使用ARGV接收
「—」代表單行註釋「—[[ 多行註釋 —]]」

2 實踐應用

2.1 需求分析

經典案例需求：庫存量扣減並檢測庫存量是否充足。

基礎需求分析：商品當前庫存量>=扣減數量時，執行扣減。商品當前庫存量<扣減數量時，返回庫存不足

實現方案分析：

1）MySQL事務實現：

利用DB行級鎖，鎖定要扣減商品庫存量資料，再判斷庫存量是否充足，充足執行扣減，否則返回庫存不足。
執行庫存扣減，再判斷扣減後結果是否小於0，小於0說明庫存不足，事務回滾，否則提交事務。

2）方案優缺點分析：

優點：MySQL天然支援事務，實現難度低。
缺點：不考慮熱點商品場景，當業務量達到一定量級時會達到MySQL效能瓶頸，單庫無法支援業務時擴充套件問題成為難點，分表、分庫等方案對功能開發、業務運維、資料運維都須要有針對於分表、分庫方案所配套的系統或方案。對於系統改造實現難度較高。

Redis Lua指令碼事務實現：將庫存扣減判斷庫存量最小原子操作邏輯編寫為Lua指令碼。

從DB中初始化商品庫存數量，利用Redis WATCH命令。
判斷商品庫存量是否充足，充足執行扣減，否則返回庫存不足。
執行庫存扣減，再判斷扣減後結果是否小於0，小於0說明庫存不足，反向操作增加減少庫存量，返回操作結果

方案優缺點分析：

優點：Redis命令執行單執行緒特性，無須考慮並行鎖竟爭所帶來的實現複雜度。Redis天然支援Lua指令碼，Lua語言學習難度低，實現與MySQL方案難度相當。Redis同一時間單位支援的並行量比MySQL大，執行耗時更小。對於業務量的增長可以擴容Redis叢集分片。
缺點：暫無

2.2 Redis Lua指令碼事務方案實現

初始化商品庫存量：

//利用Watch 命令樂觀樂特性，減少鎖競爭所損耗的效能
 public boolean init(InitStockCallback initStockCallback, InitOperationData initOperationData) {
 //SessionCallback 對談級Rdis事務回撥介面 針對於operations所有操作將在同一個Redis tcp連線上完成
List<Object> result = stringRedisTemplate.execute(new SessionCallback<List<Object>>() {
            public List<Object> execute(RedisOperations operations) {
                Assert.notNull(operations, "operations must not be null");
//Watch 命令用於監視一個(或多個) key ，如果在事務執行之前這個(或這些) key 被其他命令所改動，那麼事務將被打斷
//當出前並行初始化同一個商品庫存量時，只有一個能成功
                operations.watch(initOperationData.getWatchKeys());
                int initQuantity;
                try {
//查詢DB商品庫存量
                    initQuantity = initStockCallback.getInitQuantity(initOperationData);
                } catch (Exception e) {
                    //異常後釋放watch
                    operations.unwatch();
                    throw e;
                }
//開啟Reids事務
                operations.multi();
//setNx設定商品庫存量
                operations.opsForValue().setIfAbsent(initOperationData.getGoodsKey(), String.valueOf(initQuantity));
//設定商品庫存量 key 過期時間
                operations.expire(initOperationData.getGoodsKey(), Duration.ofMinutes(60000L));
///執行事事務
                return operations.exec();
            }
        });
//判斷事務執行結果
        if (!CollectionUtils.isEmpty(result) && result.get(0) instanceof Boolean) {
            return (Boolean) result.get(0);
        }
        return false;
    }

庫存扣減邏輯

--[[
    version:1.0
    減可用庫存
    入參列表：
        引數個數量：
        KEYS[1]:usableKey 商品可用量Key
        KEYS[3]:usableSubtractKey 減量記錄key
        KEYS[4]:operateKey 操作防重Key
        KEYS[5]:hSetRecord 記錄操作單號資訊
        ARGV[1]:quantity運算元量
        ARGV[2]:version 操作版本號
        ARGV[5]:serialNumber 單據流水編碼
        ARGV[6]:record 是否記錄過程量
    返回列表：
        +1：操作成功
         0: 操作失敗
        -1: KEY不存在
        -2：重複操作
        -3: 庫存不足
        -4：過期操作
        -5：缺量庫存不足
        -6：可用負庫存
--]]
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]

--[ 判斷商品庫存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

--[ 設定防重key 設定失敗說明操作重複返回-2 --]
local isNotRepeat = redis.call('SETNX', operateKey, version);
if (0 == isNotRepeat) then
    redis.call('SET', operateKey, version);
    return { -2, version, quantity, 0 };
end


--[ 商品庫存量扣減後小0 說明庫存不足 回滾扣減數量 並清除防重key立即過期 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

--[ 記錄扣減量並設定防重key 30天后過期 返回 1--]
-- [ 需要記錄過程量與過程單據資訊 --]
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}

初始化Lua指令碼到Redis伺服器

//讀取Lua指令碼檔案
    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("[{}]檔案不存在", file.getPath());
        } catch (IOException e) {
            LOGGER.error("[{}]檔案讀取異常", file.getPath());
        }
        return null;
    }
//初始化Lua指令碼到Redis伺服器 成功後會返回指令碼對應的sha1碼，系統快取指令碼sha1碼，
//通過sha1碼可以在Redis伺服器執行對應的指令碼
public String scriptLoad(File file) {
String script = readLua(file)
   return stringRedisTemplate.execute((RedisCallback<String>) connection -> connection.scriptLoad(script.getBytes()));
}

指令碼執行

 public OperationResult evalSha(String redisScriptSha1,OperationData operationData) {
        List<String> keys = operationData.getKeys();
        String[] args = operationData.getArgs();
//執行Lua指令碼 keys 為Lua指令碼中使用到的KEYS args為Lua指令碼中使用到的ARGV引數
//如果是在Redis叢集模式下，同一個指令碼中的多個key,要滿足多個key在同一個分片
//伺服器開啟hash tag功能，多個key 使用{}將相同部分包裹 
//例：usableKey:{EMG123} operateKey:operate:{EMG123} 
Object result = stringRedisTemplate.execute(redisScriptSha1, keys, args);
//解析執行結果        
return parseResult(operationData, result);
    }

3 總結

Redis在小資料操作並行可達到10W,針對與業務中對資源強校驗且高並行場景下使用Redis配合Lua指令碼完成簡單邏輯處理抗並行量是個不錯的選擇。

注：Lua指令碼邏輯儘量簡單，Lua指令碼實用於耗時短且原子操作。耗時長影響Redis伺服器效能，非原子操作或邏輯複雜會增加於指令碼偵錯與維度難度。理想狀態是將業務用Lua指令碼包裝成一個如Redis命令一樣的操作。

作者：王純

Lua指令碼在Redis事務中的應用實踐

1 初始Lua指令碼

2 實踐應用

2.1 需求分析

2.2 Redis Lua指令碼事務方案實現

3 總結