Lua 脚本在 Redis 事务中的应用实践
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：
1--[[ 2 version:1.0 3 检测key是否存在，如果存在并设置过期时间 4 入参列表： 5 参数个数量：1 6 KEYS[1]:goodsKey 商品Key 7 8 返回列表code: 9 +0：不存在 10 +1：存在 11--]] 12local usableKey = KEYS[1] 13 14--[ 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--] 15local usableExists = redis.call('EXISTS', usableKey) 16if (1 == usableExists) then 17 redis.call('PEXPIRE', usableKey, 60000) 18end 19return { usableExists }
- 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：
1//利用Watch 命令乐观乐特性，减少锁竞争所损耗的性能 2 public boolean init(InitStockCallback initStockCallback, InitOperationData initOperationData) { 3 //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 4List<Object> result = stringRedisTemplate.execute(new SessionCallback<List<Object>>() { 5 public List<Object> execute(RedisOperations operations) { 6 Assert.notNull(operations, "operations must not be null"); 7//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 8//当出前并发初始化同一个商品库存量时，只有一个能成功 9 operations.watch(initOperationData.getWatchKeys()); 10 int initQuantity; 11 try { 12//查询DB商品库存量 13 initQuantity = initStockCallback.getInitQuantity(initOperationData); 14 } catch (Exception e) { 15 //异常后释放watch 16 operations.unwatch(); 17 throw e; 18 } 19//开启Reids事务 20 operations.multi(); 21//setNx设置商品库存量 22 operations.opsForValue().setIfAbsent(initOperationData.getGoodsKey(), String.valueOf(initQuantity)); 23//设置商品库存量 key 过期时间 24 operations.expire(initOperationData.getGoodsKey(), Duration.ofMinutes(60000L)); 25///执行事事务 26 return operations.exec(); 27 } 28 }); 29//判断事务执行结果 30 if (!CollectionUtils.isEmpty(result) && result.get(0) instanceof Boolean) { 31 return (Boolean) result.get(0); 32 } 33 return false; 34 }
库存扣减逻辑
1--[[ 2 version:1.0 3 减可用库存 4 入参列表： 5 参数个数量： 6 KEYS[1]:usableKey 商品可用量Key 7 KEYS[3]:usableSubtractKey 减量记录key 8 KEYS[4]:operateKey 操作防重Key 9 KEYS[5]:hSetRecord 记录操作单号信息 10 ARGV[1]:quantity操作数量 11 ARGV[2]:version 操作版本号 12 ARGV[5]:serialNumber 单据流水编码 13 ARGV[6]:record 是否记录过程量 14 返回列表： 15 +1：操作成功 16 0: 操作失败 17 -1: KEY不存在 18 -2：重复操作 19 -3: 库存不足 20 -4：过期操作 21 -5：缺量库存不足 22 -6：可用负库存 23--]] 24local usableKey = KEYS[1]; 25local usableSubtractKey = KEYS[3] 26local operateKey = KEYS[4] 27local hSetRecord = KEYS[5] 28 29local quantity = tonumber(ARGV[1]) 30local version = ARGV[2] 31local serialNumber = ARGV[5] 32 33--[ 判断商品库存key是否存在 不存在返回-1 --] 34local usableExists = redis.call('EXISTS', usableKey); 35if (0 == usableExists) then 36 return { -1, version, 0, 0 }; 37end 38 39--[ 设置防重key 设置失败说明操作重复返回-2 --] 40local isNotRepeat = redis.call('SETNX', operateKey, version); 41if (0 == isNotRepeat) then 42 redis.call('SET', operateKey, version); 43 return { -2, version, quantity, 0 }; 44end 45 46 47--[ 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 --] 48local usableResult = redis.call('DECRBY', usableKey, quantity); 49if ( usableResult < 0) then 50 redis.call('INCRBY', usableKey, quantity); 51 redis.call('PEXPIRE', operateKey, 0); 52 return { -3, version, 0, usableResult }; 53end 54 55--[ 记录扣减量并设置防重key 30天后过期 返回 1--] 56-- [ 需要记录过程量与过程单据信息 --] 57local usableSubtractResult = redis.call('INCRBY', usableSubtractKey, quantity); 58redis.call('HSET', hSetRecord, serialNumber, quantity) 59redis.call('PEXPIRE', hSetRecord, 3600000) 60redis.call('PEXPIRE', operateKey, 2592000000) 61redis.call('PEXPIRE', usableKey, 3600000) 62return { 1, version, quantity, 0, usableResult ,usableSubtractResult}
初始化 Lua 脚本到 Redis 服务器
1//读取Lua脚本文件 2 private String readLua(File file) { 3 StringBuilder sbf = new StringBuilder(); 4 try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file))) { 5 String temp; 6 while (Objects.nonNull(temp = reader.readLine())) { 7 sbf.append(temp); 8 sbf.append('\n'); 9 } 10 return sbf.toString(); 11 } catch (FileNotFoundException e) { 12 LOGGER.error("[{}]文件不存在", file.getPath()); 13 } catch (IOException e) { 14 LOGGER.error("[{}]文件读取异常", file.getPath()); 15 } 16 return null; 17 } 18//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， 19//通过sha1码可以在Redis服务器执行对应的脚本 20public String scriptLoad(File file) { 21String script = readLua(file) 22 return stringRedisTemplate.execute((RedisCallback<String>) connection -> connection.scriptLoad(script.getBytes())); 23}
脚本执行
1 public OperationResult evalSha(String redisScriptSha1,OperationData operationData) { 2 List<String> keys = operationData.getKeys(); 3 String[] args = operationData.getArgs(); 4//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 5//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 6//服务器开启hash tag功能，多个key 使用{}将相同部分包裹 7//例：usableKey:{EMG123} operateKey:operate:{EMG123} 8Object result = stringRedisTemplate.execute(redisScriptSha1, keys, args); 9//解析执行结果 10return parseResult(operationData, result); 11 }
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,博主一般都是部署在cnaaa服务器上的，感兴趣的朋友可以自己部署一套尝试练习下。
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。