Redis的原理篇

发布订阅模式

列表的局限性

当我们通过队列的rpush和lpop可以实现消息队列（队尾进队头出），但是消费者需要不停的调用lpop查看list中是否有等待处理的消息（比如写一个while循环）。为了减少通信的消耗，可以sleep（）一段时间再消费，但是会有两个问题：

• 如果生产者消息的速度远大于消费者消息的速度，List会占用大量的内存。
• 消息的实时性降低

list还提供了一个阻塞命令：blpop，没有任何元素可以弹出的时候，连接会被阻塞。

blpop queue 5

基于list实现的消息队列，不支持一对多的消息分发

发布订阅模式

除了通过list 实现消息队列之外，Redis还提供了一组命令实现发布订阅模式

这种方法，发送者和接收者没有直接关联（实现了解耦），接收者也不需要持续尝试获取消息。

订阅频道

首先，我们会有很多的频道（channel），我们也可以把这个频道理解成queue。订阅者可以订阅一个或者多个频道。消息的发布者（生产者）可以给指定的频道发布消息。只要有消息达到了频道，所有订阅了这个频道的订阅者都会收到这条消息。

需要注意的是，发出去的消息不会被持久化，因为它已经从队列里面移除了，所以消费者只能收到它开始订阅这个频道之后发布的消息。

「发布订阅命令的使用方法」

订阅者订阅频道：可以一次订阅多个，比如这个客户端订阅了3个频道

subscribe channel-1 channel-2 channel-3

发布者可以向指定频道发布消息（并不支持一次向多个频道发送消息）：

publish channel-1 2673

取消订阅

unsubscribe channel-1

按照规则订阅频道

支持？和*占位符。？代表一个字符， * 代表0个或者多个字符。

例如：

消费端1，关注运动消息：

psubscribe *sport

消费端2，关注所有的新闻

psubscribe news*

消费端3，关注天气新闻：

psubscribe news-weather

生产者，发布3条消息

publish news-sport yaomingpublish news-music zhoujielunpublish news-weather rain

事务

https://redis.io/topics/transactions/

http://redisdoc.com/topic/transaction.html/

为什么要使用事务

我们知道Redis的单个命令是原子性的，如果涉及到多个命令的时候，需要把多个命令作为一个不可分割的处理序列，就需要用到事务。

例如，setnx 实现分布式锁，我们先set 然后对key 设置expire，防止del 发生异常的时候锁不会被释放，业务处理完了以后再del，这三个动作我们希望他们作为一组命令执行：

Redis 的事务有两个特点：

• 按照进入队列的顺序执行
• 不会受到其他客户端的请求的影响，

Redis 的事务涉及到四个命令：multi(开启事务)，exec(实行事务)，discard（取消事务），watch(监视)

用法

例如，A和B各有1000元，A向B转账100元

set A 1000set B 1000
multidecrby A 100incrby B 100exec
get Aget B

通过multi 命令开启事务，事务不能嵌套，多个multi 命令效果是一样的

multi 执行后，客户端可以继续向服务器发送任意多条命令，这些命令不会立即被执行，而是被放到一个队列中，当exec 命令被调用时，所有队列中的命令才会被执行。

通过 exec的命令执行事务，如果没有执行exec，所有命令都不会被执行。

如果中途，不想执行事务了，怎么办？

可以调用 discard 可以清空事务队里额，放弃执行。

multiset k1 1set k2 2set k3 3discard

watch 命令

在Redis 中还提供了一个watch 命令，他可以为Redis 事务提供CAS 乐观锁行为（Check and Set/ Compare and Swap），也就是多个线程更新变量的时候，会跟原值做比较，只有它没有被其他线程修改的情况下，才更新成新的值。

我们可以用watch 监视一个或者多个key，如果开启事务之后，至少有一个被监视key键在exec 执行之前被修改了，那么整个事务都会被取消（key 提前过期除外）。可以用unwatch 取消。

例如:

事务可能遇到的问题

我们把事务执行遇到的问题分成两种，一种是在执行exec 之前发生的错误，一种是在执行exec 之后发生错误。

• 执行exec 之前发生错误

例如：入队的命令存在语法错误，包括参数数量，参数名等等

在这种情况下事务会被拒绝执行，也就是队列中所有的命令都不会得到执行。

• 在执行exec之后发生错误

比如类型错误，比如对String 使用Hash的命令，这是一种运行时错误。

最后我们发现，set A 1000 居然是成功的，也就是在这种发生了运行时错误的情况下，只有错误的命令没有被执行，但是其他命令没有收到影响。

Lua 脚本

Lua 是一种轻量级的脚本语言，他是用C语言编写的，跟数据的存储过程有点类似。使用Lua 脚本 来执行Redis 命令的好处：

• 一次发送多个命令，减少网络开销。
• Redis 会将整个脚本作为一个整体执行，不会被其他请求打断，保持原子性。
• 对与复杂的组合命令，我们可以放在文件中，可以实现程序之间的命令集复用。

语法命令

使用 eval 方法 ，语法格式

• eval 代表执行Lua语言的命令
• script 代表Lua语言脚本内容
• numkeys 表示参数中有多少个key，需要注意的是Redis 中key 是从1 开始的，如果没有参数，那么写0
• [key ……] 是key作为参数传递给 Lua 语言，可以不填，但是需要 和 numkeys 对应起来
• [arg ……] 这些参数传递给Lua ，他们可以不填

例如：

设置键值对

在Redis 中 调用 Lua 脚本执行Redis 命令

在Redis 中 直接写Lua 脚本不方便，也不能实现编辑和复用，通常我们会把脚本放到文件里面，然后执行这个命令。

在Redis 中调用Lua 脚本文件中的命令

创建 Lua 脚本文件

cd /usr/data/redisvim test.lua

Lua 脚本内容

redis.call('set','A','lua22222')return redis.call('get','A')

在Redis客户端中调用Lua脚本

redis-cli --eval test.lua 0

案例：IP限流

需求：在X秒内只能访问Y次

设计思路：用key记录IP，用value 记录访问次数

拿到IP以后，对IP+1，如果是第一次访问，对key设置过期时间（参数1）。否则判断次数，超过限定的次数（参数2），返回0,。如果没有超过次数则返回1。超过时间，key过期以后，可以再次访问。

KEY[1] 是 IP，ARGV[1]是过期时间，ARGV[2]是限制访问的次数Y

-- ip_limit.lua-- IP限流，对某个IP频率进行限制local num = redis.call('incr',KEYS[1])if tonumber(num) == 1 then redis.call('expire',KEYS[1],KEYS[1]) return 1elseif tonumber(num) > tonumber(ARGV[2]) then return 0else  return 1end

6 秒钟内限制访问10 次，

./redis-cli --eval 'ip_limit.lua' app:ip:limit:192.168.1.111 , 6 10

• app:ip:limit:192.168.1.111 是key 值，后面是参数值，中间加上一个空格和一个逗号，再加上一个空格
• 多个参数之间用空格分割。

缓存Lua 脚本

在脚本比较长的情况下，如果每次调用脚本都需要把整个脚本传给Redis服务端，会产生较大的网络开销。为了解决这个问题，Redis 提供了EVALSHA 命令，允许开发者通过脚本内容的SHA1摘要来执行脚本。

「如何缓存」

Redis 在执行 script load 命令会计算脚本的SHA1摘要并记录在脚本缓存中，执行EVALSHA命令时Redis 会根据提供的摘要从脚本缓存中查找对应的脚本内容，如果找到了执行脚本，否则返回错误：“NOSCRIPT No mathing script. Please use EVAL”

脚本超时

Reids 的指令执行本身时单线程的，这个线程还要执行客户端的Lua 脚本，如果Lua 脚本执行超时或者陷入了死循环，是不是没有办法为客户端提供服务了呢？

为了防止某个脚本执行时间超长导致Redis 无法提供服务，Redis 提供了 lua-time-limit 限制脚本最长运行时间，默认为5秒钟

• lua-time-limit 5000 (在redis.conf配置文件中)

当脚本运行时间超过这个限制之后，Redis 将开始接受其他命令但是不会执行（以确保脚本的原子性，因为此脚本并没有终止），而是会返回“BUSY”错误。

Redis 提供了一个script skill 的命令来终止脚本的执行，新开一个客户端。

script skill

如果当前执行的Lua 脚本对Redis的数据进行了修改，那么通过script skill 命令是不能终止脚本的执行的。

因为要确保脚本运行的原子性，如果脚本执行了一部分终止，那就违背了脚本原子性的要求。最终要保证脚本要么都执行，要么都不执行。