Golang 操作 Redis：事务处理操作用法 - go-redis 使用指南

上一篇文章中，我们介绍了如何使用 go-redis 操作 Redis 的 bitmap 数据类型。如果你还没有阅读，可以点击这里查看。在使用 Redis 时，事务是一个非常重要的功能。它允许我们将多个命令作为一个单独的操作来执行，保证了操作的原子性。无论是在 web 应用、数据分析还是缓存策略中，事务都能够帮助我们更好地管理数据一致性和并发控制。本文将详细介绍 Redis 事务的基本概念、操作方法，以及如何在 Golang 中使用 go-redis 包来实现 Redis 事务处理。

什么是 Redis 事务

Redis 事务允许你在一次操作中执行多个命令，并保证这些命令的原子性。这意味着所有命令要么全部执行，要么全部不执行。事务使用 MULTI 命令开始，用 EXEC 命令提交。如果在 EXEC 之前有任何错误发生，整个事务将被取消。DISCARD 命令可以放弃事务。

让我们通过一个简单的示例来展示如何使用 Redis 原始命令进行事务操作：

# 开启事务
MULTI
# 添加命令到事务
SET foo bar
INCR counter
# 放弃事务
DISCARD

在上述命令中，MULTI 命令开启事务，随后 SET 和 INCR 命令被添加到事务中，如果在此期间想要放弃事务，可以使用 DISCARD 命令来取消事务。

# 再次开启事务
MULTI
# 添加命令到事务
SET foo bar
INCR counter
# 提交事务
EXEC

在第二段命令中，MULTI 命令再次开启事务，SET 和 INCR 命令被添加到事务中，最后 EXEC 命令提交事务。

Redis 事务与 Pipeline 的区别

Redis 事务和 Pipeline 都允许一次发送多个命令，但它们之间有以下区别：

1. 事务：事务中的所有命令要么全部执行（即使其中一条命令报错也不会影响后续命令的继续执行），要么全部不执行。事务在执行过程中其他客户端的命令不会被执行。
2. Pipeline：Pipeline 仅仅是批量发送命令，服务器按顺序执行这些命令，但没有原子性保证。Pipeline 更适合需要高效发送大量独立命令的场景。

go-redis 基本事务操作

在 Golang 中，go-redis 包提供了方便的方式来使用 Redis 事务。我们可以使用 TxPipelined 方法来执行事务。

func basicTransactionExample(rdb *redis.Client) error {
    ctx := context.Background()

    _, err := rdb.TxPipelined(ctx, func(pipe redis.Pipeliner) error {
        pipe.Set(ctx, "foo", "bar", 0)
        pipe.Incr(ctx, "counter")
        return nil
    })

    return err
}

在这个示例中，TxPipelined 方法开启一个事务，并在函数内部执行多个命令，最后由 EXEC 命令提交事务。MULTI 和 EXEC 命令被封装在了 TxPipelined 方法中。

在事务最终执行前，如果键被其他客户端修改，则事务将会失败返回错误。

go-redis 处理事务中的错误

在事务过程中可能会遇到两类错误：

1. 命令在排队时失败，比如语法错误或内存不足。
2. 命令在事务执行时失败，比如对错误类型的键执行操作。

这些错误在 TxPipelined 和 Watch 方法内部处理。对于第一类错误，事务会被取消。对于第二类错误，可以根据错误类型进行相应处理，如在 TxFailedErr 错误时进行重试。

func errorHandlingTransactionExample(rdb *redis.Client) error {
    ctx := context.Background()

    _, err := rdb.TxPipelined(ctx, func(pipe redis.Pipeliner) error {
        pipe.Set(ctx, "foo", "bar", 0)
        pipe.LPop(ctx, "foo") // 这里会产生错误，因为 foo 是 string 类型而不是 list 类型
        return nil
    })

    if err != nil {
        if err == redis.TxFailedErr {
            // 事务执行时失败错误处理
            return err
        }
        // 其他错误处理
        return err
    }

    return nil
}

go-redis 使用 WATCH 实现乐观锁

Redis 的 WATCH 命令用于实现类似于 CAS（Compare-And-Set）的乐观锁机制。在执行事务前监视某些键，如果这些键在事务执行前被其他客户端修改，事务将失败并重试，确保了在高并发环境下的数据一致性。

以下是一个使用 WATCH 的示例：

func watchTransactionExample(rdb *redis.Client) error {
    ctx := context.Background()

    txf := func(tx *redis.Tx) error {
        // 获取当前值
        n, err := tx.Get(ctx, "counter").Int()
        if err != nil && err != redis.Nil {
            return err
        }

        // 事务操作
        _, err = tx.TxPipelined(ctx, func(pipe redis.Pipeliner) error {
            pipe.Set(ctx, "counter", n+1, 0)
            return nil
        })
        return err
    }

    for {
        err := rdb.Watch(ctx, txf, "counter")
        if err == nil {
            // 成功
            break
        }
        if err == redis.TxFailedErr {
            // 重试
            continue
        }
        // 其他错误
        return err
    }

    return nil
}

在这个示例中，我们使用 Watch 方法监视 counter 键。在事务函数 txf 中，首先获取当前值，然后在事务中将其加 1 并设置回去。如果在此期间 counter 被其他客户端修改，事务将失败并重试。

乐观锁是一种在不使用锁的情况下处理并发的方法。它假设多个事务可以同时完成，而不会互相干扰。只有在提交数据时，系统会检查是否有其他事务修改了数据。如果有，则事务会失败并重试。乐观锁常用于数据库中。

CAS（Compare-And-Set）是一种常用的并发控制机制。它的基本思想是比较一个变量的当前值是否等于期望值，如果相等则更新，否则不更新。Redis 的 WATCH 命令实现了类似于 CAS 的功能。

Redis 事务的局限性

Redis 事务和 MySQL 等传统关系型数据库的事务在一些关键方面存在显著的区别和局限性。了解这些差异有助于更好地利用 Redis 的事务功能，并在适当的场景中选择合适的工具。

1. 缺乏真正的事务隔离： Redis 的事务只提供了一定程度的原子性保证，事务中的命令要么全部执行，要么全部不执行。但 Redis 并不支持事务隔离级别，如 MySQL 中的 READ COMMITTED、REPEATABLE READ 或 SERIALIZABLE。这意味着在事务中，其他客户端的命令可以在事务执行期间对数据进行操作，从而可能导致数据不一致。

2. 事务过程中不能中断： Redis 的事务中，所有的命令在 MULTI 命令之后会被排队，但在 EXEC 命令之前可以通过 DISCARD 命令取消事务。然而，Redis 事务并不支持在事务过程中对特定命令进行回滚。如果事务中的某个命令失败，整个事务仍会被提交，尽管你可以通过在事务中检查命令的返回值来处理错误。

3. 命令不支持自动重试： Redis 的事务不支持自动重试机制。如果在事务执行过程中遇到冲突或错误，必须手动处理这些错误，重新执行事务。

4. 事务操作有限： Redis 事务不支持传统数据库中的复杂操作，如子事务、存储过程等。事务中的操作只能是简单的命令集合，并且 Redis 事务的原子性只针对事务中的命令，而不是对数据库的全局状态。

理解 Redis 事务的原子性

1. 事务的原子性： Redis 事务的原子性意味着所有的命令要么都被执行，要么都不执行。如果事务中的某个命令失败，通常事务会被认为失败，整体操作会受到影响。具体地说，如果事务中的某个命令在执行时遇到错误，Redis 不会自动回滚之前已执行的命令；而是会继续执行事务中剩余的命令，直到 EXEC 命令。

2. 命令排队和错误处理： 在 Redis 中，事务的命令是先排队的。在执行 EXEC 命令时，Redis 会依次执行这些排队的命令。即使在排队期间某个命令已经因语法错误或其他问题被拒绝，Redis 仍然会执行其它已经排队的命令。

3. 错误处理机制：

   • 队列中的错误：在事务开始时，如果有命令排队过程中发生了错误，Redis 会在 EXEC 执行时报告这些错误。对于排队失败的命令，Redis 会返回错误信息，并且不会执行这条命令。但已经排队的其他命令会继续执行。如果有命令失败，Redis 会在 EXEC 命令的返回结果中包含这些错误，但不会回滚已成功排队的命令。
   • 执行中的错误：如果在 EXEC 命令执行过程中，某个命令失败，Redis 会继续执行后续的命令。最终，EXEC 返回的结果会包含所有命令的执行结果，包括成功和失败的命令。

示例

考虑以下 Redis 事务示例：

MULTI
SET key1 value1
INCR key1
SET key2 value2
EXEC

假设 INCR key1 命令由于 key1 不是数字而导致错误：

• 在事务开始时，SET key1 value1 会被排队。
• INCR key1 因为类型错误而无法排队，Redis 会在 EXEC 时返回错误。
• SET key2 value2 仍会被排队并执行，因为在事务开始时它已经被排队。

最终的结果：

1) OK
2) (error) ERR value is not an integer or out of range
3) OK

这里，SET key1 value1 和 SET key2 value2 被执行，但 INCR key1 失败。事务的 EXEC 返回结果会包含成功和失败的命令的结果，整个事务不会回滚已成功的命令。

总结

Redis 事务为执行一组命令提供了原子性保证，并且通过 WATCH 命令支持乐观锁机制。使用 go-redis 包可以方便地在 Golang 中实现这些功能。但与 MySQL 等传统关系型数据库的事务相比，存在一些局限性，如缺乏真正的隔离级别和复杂的回滚机制。选择使用 Redis 事务还是 MySQL 事务，需根据具体应用场景的数据一致性需求和事务复杂度来决定。

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