前言

我們在使用Redis的過程中，難免會遇到并發訪問及數據更新的問題。但很多場景對數據的并發修改是很敏感的，比如庫存數據如果沒有做好并發讀取和更新的版本控制，就會導致嚴重的業務問題。今天就來說說應該如何做好并發訪問及數據更新問題。

什么場景需要控制并發訪問

需要控制并發訪問，說明這些并發的訪問可能會對其他的訪問造成影響。比如上面提到的庫存問題，若同一時期有多個客戶端訪問商品A的庫存數據，并且可能要更更新庫存數據，這時候就需要對并發訪問進行控制了。

說到底，并發訪問需要控制的就是對數據的更新動作。 一般來說，客戶端要進行數據更新時可分為2個步驟：

• 客戶端讀取Redis數據到本地。
• 確認數據后，修改Redis的數據。

單個訪問來看，這個過程并沒什么問題。但是并發多了，一分為二的過程就會造成數據錯誤的問題。這里還是用庫存的例子來說：

• 時間a:：客戶端1讀取到庫存=10，我們需要對庫存+1=11的操作。
• 時間b：客戶端2讀取到的庫存也是10，這次要對庫存-1=9的操作。
• 時間c：客戶端1將+1后的值11寫回到Redis中。
• 時間d：客戶端2將-1后的值9寫回到Redis中。

這樣下來，很明顯能發現庫存數據錯了。10+1-1 = 10，正確庫存是10，而上述場景最后為9。

由此可見，這個一分為二的操作不具有原子性，從而產生了錯誤的結果。類型這種場景很多，因此我們需要對這些并發訪問的場景加以控制。

并發訪問的控制方法

Redis并發訪問的控制，總的來說有2種方式。分別是加入鎖機制和讓一系列操作原子化。

1、加入鎖機制

首先第一點，加入鎖機制是很常見的解決方案。簡單來說就是一個客戶端訪問數據之前，先要獲取鎖，等數據操作完之后再解鎖。而在這個客戶端擁有鎖的過程中，其他客戶端如果也想訪問修改該數據，必須得等鎖釋放了之后，獲取到了鎖才行。

加鎖這個方案是可以解決并發訪問的數據準確問題，但放在redis這個場景中并不是很好。首先，Redis作為緩存本身并發訪問就很多，頻繁的加鎖解鎖，會大大降低redis的訪問性能；然后，Redis的客戶端在要加鎖時，需要用到分布式鎖。我們又得用額外的精力去維護這個分布式鎖。

2、操作原子化

操作原子化，也就是讓要執行的一系列動作都保持原子性操作。它的優點就是不需要加入額外的鎖機制。并發的數據準確性達到了，對Redis的性能也不會有太大的影響。

Redis要實現原子操作，總結有2種方式：

• 單命令操作：也就是Redis中的INCR、HINCRBY等命令，直接將簡單的加減操作合成一個命令執行；
• Lua腳本：借助Lua腳本，讓多個操作在Lua腳本上實現原子性操作。

1.單命令操作

首先，單命令操作，將數值的加減直接用Redis命令來執行。像string的加減可用INCR、DECR操作，hash列表field的加減可用HINCRBY操作。

比如下面截圖，兩個客戶端在不同時刻讀取的linux_pids a值為4，各自+1、-1后a值為4。結果是正確的。

由此可見，用Redis的INCR、DECR等命令可以解決數值簡單增減的并發場景。但如果我們對數據的更新不僅僅是簡單的加減操作時，Redis的這些命令就無能為力了。此時我們可以考慮另一種方案：Lua腳本。

2.Lua腳本

Lua語言是由C寫的，因此支持多平臺和系統。從Redis2.6開始，Redis就內置了Lua解釋器，我們能直接用Redis客戶端來執行lua腳本。

我們可以將需要執行的一系列操作用Lua腳本寫好，然后用Redis執行它。Lua腳本的方法能保證原子性操作的原因是：Redis會將Lua腳本一次性執行，也就是說執行Lua腳本是0-1的操作，要么成功，要么失敗。可以理解成MySQL的事務特性。

Redis使用lua腳本有2種方式：

• 客戶端中使用：用到script load腳本內容、evalsha等命令
• 執行直接執行lua腳本

我們一般用第二種方式來執行。

客戶端使用方法：

先用script load加載腳本命令，再用evalsha執行加載得到的sha1值。

127.0.0.1:6379> script load "return 'hello'"
"1b936e3fe509bcbc9cd0664897bbe8fd0cac101b"
127.0.0.1:6379> evalsha "1b936e3fe509bcbc9cd0664897bbe8fd0cac101b" 0
"hello"

再來看看Redis使用Lua腳本的語法：

redis-cli --eval {lua_path} KEYS[1] KEYS[2]... , ARGV[1] ARGV[2]...
?
--eval： ??? ??? ?執行lua腳本的命令
{lua_path}： ?? ??? ?lua腳本的路徑
KEYS[1] KEYS[2]： ? ? ? lua腳本中要操作的redis鍵，我們可以在lua腳本中用KEYS[1]，KEYS[2]，KEYS[3]指定多個
ARGV[1] ARGV[2]：?? ?傳入到lua腳本的參數，在腳本中用ARGV[1]，ARGV[2]...來獲取。

Redis使用lua腳本的場景很多，最經典的案例當屬利用lua來控制某個IP的訪問頻率了。比如說需要防止惡意訪問網站的行為，我們規定1分鐘內訪問次數不能超過30次，實現的方法有很多，比如說漏桶方案、令牌桶方案，但使用最多的還是Redis+lua的分布式限流方案。

我們用lua腳本(test_lua.script)來簡單實現一下上述功能，就是1分鐘內若訪問次數超過30，直接攔截，否則訪問次數+1：

-- 限流的key
local limit_key = KEYS[1]
-- 限流次數
local limit_nums = 30
-- 當前訪問次數
local current_num = tonumber(redis.call('get', limit_key) or 0)
-- 超出限流次數
if current_num + 1 > limit_num
?? ?then
? ? return '超出訪問次數'
-- 沒有超出限流數，訪問次數+1
else
? redis.call("INCRBY", limit_key, "1")
? -- 第一次訪問，設置過期時間
? if current_num == 0 then
? ? redis.call("expire", limit_key, "60")
? return current + 1
end

用Redis執行，命令如下：

redis-cli --eval test_lua.script limit_key

小結

本文介紹了Redis并發訪問的控制問題，以及如何保證并發操作的原子化。原子化操作可通過單命令操作和Lua腳本的方式實現。我們在應對相關問題時，可根據需要選擇對應方案解決之。