redis中的并發(fā)問題

使用redis作為緩存已經(jīng)很久了，redis是以單線程的形式運行的，命令是一個接著一個執(zhí)行的，一直以為不會存在并發(fā)的問題，直到今天看到相關(guān)的資料，才恍然大悟~~

具體問題實例

有個鍵，假設(shè)名稱為myNum，里面保存的是阿拉伯?dāng)?shù)字，假設(shè)現(xiàn)在值為1，存在多個連接對myNum進行操作的情況，這個時候就會有并發(fā)的問題。假設(shè)有兩個連接linkA和linkB，這兩個連接都執(zhí)行下面的操作，取出myNum的值，+1，然后再存回去，看看下面的交互：

linkA get myNum => 1
linkB get myNum => 1
linkA set muNum => 2
linkB set myNum => 2

執(zhí)行完操作之后，結(jié)果可能是2，這和我們預(yù)期的3不一致。
再看一個具體的例子：

<?php
require "vendor/autoload.php";

$client = new Predis\Client([
    'scheme' => 'tcp',
    'host' => '127.0.0.1',
    'port' => 6379,
]);

for ($i = 0; $i < 1000; $i++) {
    $num = intval($client->get("name"));
    $num = $num + 1;
    $client->setex("name", $num, 10080);
    usleep(10000);
}

設(shè)置name初始值為0，然后同時用兩個終端執(zhí)行上面的程序，最后name的值可能不是2000，而是一個小于<2000的值，這也就證明了我們上面的并發(fā)問題的存在，這個該怎么解決呢？

redis中的事務(wù)

redis中也是有事務(wù)的，不過這個事務(wù)沒有mysql中的完善，只保證了一致性和隔離性，不滿足原子性和持久性。
redis事務(wù)使用multi、exec命令

原子性，redis會將事務(wù)中的所有命令執(zhí)行一遍，哪怕是中間有執(zhí)行失敗也不會回滾。kill信號、宿主機宕機等導(dǎo)致事務(wù)執(zhí)行失敗，redis也不會進行重試或者回滾。

持久性，redis事務(wù)的持久性依賴于redis所使用的持久化模式，遺憾的是各種持久化模式也都不是持久化的。

隔離性，redis是單線程，開啟事務(wù)之后，會執(zhí)行完當(dāng)前連接的所有命令直到遇到exec命令，才處理其他連接的命令。

一致性，看了文檔，覺得挺扯的，但是貌似說的沒有問題。

redis中的事務(wù)不支持原子性，所以解決不了上面的問題。

當(dāng)然了redis還有一個watch命令，這個命令可以解決這個問題，看下面的例子，對一個鍵執(zhí)行watch，然后執(zhí)行事務(wù)，由于watch的存在，他會監(jiān)測鍵a，當(dāng)a被修該之后，后面的事務(wù)就會執(zhí)行失敗，這就確保了多個連接同時來了，都監(jiān)測著a，只有一個能執(zhí)行成功，其他都返回失敗。

127.0.0.1:6379> set a 1
OK
127.0.0.1:6379> watch a
OK
127.0.0.1:6379> multi 
OK
127.0.0.1:6379> incr a
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) (integer) 2
127.0.0.1:6379> get a
"2"

失敗時候的例子，從最后可以看出，test的值被其他連接修改了：

127.0.0.1:6379> set test 1
OK
127.0.0.1:6379> watch test
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> incrby test 11
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
(nil)
127.0.0.1:6379> get test
"100"

我的問題如何解決

redis中命令是滿足原子性的，因此在值為阿拉伯?dāng)?shù)字的時候，我可以將get和set命令修改為incr或者incrby來解決這個問題，下面的代碼開啟兩個終端同時執(zhí)行，得到的結(jié)果是滿足我們預(yù)期的2000。

<?php
require "vendor/autoload.php";

$client = new Predis\Client([
    'scheme' => 'tcp',
    'host'   => '127.0.0.1',
    'port'   => 6379,
]);

for ($i = 0; $i < 1000; $i++) {
    $client->incr("name");
    $client->expire("name", 10800);
    usleep(10000);
}

這里所說的redis命令的原子性----是針對單個redis命令而言的，多個redis操作命令時，如果遇到并發(fā)情況可能就導(dǎo)致變量值是有問題的了。這時可以將多個redis命令放入事務(wù)中，并在一定程度上加上watch監(jiān)聽。因為redis的事務(wù)操作并不能保證完整的數(shù)據(jù)一致性。

下面這個例子是利用一個原子性命令操作來限制整個流程的控制 setnx.

<?php
require "vendor/autoload.php";

$client = new Predis\Client([
    'scheme' => 'tcp',
    'host'   => '127.0.0.1',
    'port'   => 6379,
]);

class RedisLock
{
    public $objRedis = null;
    public $timeout = 3;
    /**
     * @desc 設(shè)置redis實例
     *
     * @param obj object | redis實例
     */
    public function __construct($obj)
    {
        $this->objRedis = $obj;
    }

    /**
     * @desc 獲取鎖鍵名
     */
    public function getLockCacheKey($key)
    {
        return "lock_{$key}";
    }

    /**
     * @desc 獲取鎖
     *
     * @param key string | 要上鎖的鍵名
     * @param timeout int | 上鎖時間
     */
    public function getLock($key, $timeout = NULL)
    {
        $timeout = $timeout ? $timeout : $this->timeout;
        $lockCacheKey = $this->getLockCacheKey($key);
        $expireAt = time() + $timeout;
        $isGet = (bool)$this->objRedis->setnx($lockCacheKey, $expireAt);
        if ($isGet) {
            return $expireAt;
        }

        while (1) {
            usleep(10);
            $time = time();
            $oldExpire = $this->objRedis->get($lockCacheKey);
            if ($oldExpire >= $time) {
                continue;
            }
            $newExpire = $time + $timeout;
            $expireAt = $this->objRedis->getset($lockCacheKey, $newExpire);
            if ($oldExpire != $expireAt) {
                continue;
            }
            $isGet = $newExpire;
            break;
        }
        return $isGet;
    }

    /**
     * @desc 釋放鎖
     *
     * @param key string | 加鎖的字段
     * @param newExpire int | 加鎖的截止時間
     *
     * @return bool | 是否釋放成功
     */
    public function releaseLock($key, $newExpire)
    {
        $lockCacheKey = $this->getLockCacheKey($key);
        if ($newExpire >= time()) {
            return $this->objRedis->del($lockCacheKey);
        }
        return true;
    }
}

$start_time = microtime(true);
$lock = new RedisLock($client);
$key = "name";
for ($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $newExpire = $lock->getLock($key);
    $num = $client->get($key);
    $num++;
    $client->set($key, $num);
    $lock->releaseLock($key, $newExpire);
}
$end_time = microtime(true);

echo "花費時間 ： ". ($end_time - $start_time) . "\n";

使用鎖
1）setnx(lockkey, 當(dāng)前時間+過期超時時間) ，如果返回1，則獲取鎖成功；如果返回0則沒有獲取到鎖，轉(zhuǎn)向2。
2.）get(lockkey)獲取值oldExpireTime ，并將這個value值與當(dāng)前的系統(tǒng)時間進行比較，如果小于當(dāng)前系統(tǒng)時間，則認(rèn)為這個鎖已經(jīng)超時，可以允許別的請求重新獲取，轉(zhuǎn)向3。
3.）計算newExpireTime=當(dāng)前時間+過期超時時間，然后getset(lockkey, newExpireTime) 會返回當(dāng)前l(fā)ockkey的值currentExpireTime。
4.）判斷currentExpireTime與oldExpireTime 是否相等，如果相等，說明當(dāng)前getset設(shè)置成功，獲取到了鎖，返回新設(shè)置的過期時間。如果不相等，說明這個鎖又被別的請求獲取走了，那么當(dāng)前請求可以直接返回失敗，或者繼續(xù)重試。
5） 在獲取到鎖之后，當(dāng)前線程可以開始做自增操作，當(dāng)處理完畢后，比較自己的處理時間和對于鎖設(shè)置的超時時間，如果小于鎖設(shè)置的超時時間，則直接執(zhí)行delete釋放鎖；如果大于鎖設(shè)置的超時時間，說明已經(jīng)超時，則不需要對鎖進行處理，不然就把別人獲取的鎖刪除了。

執(zhí)行php setnx.php 或者 php setnx.php &，最后會得到結(jié)果：

$ 花費時間 ： 4.3004920482635
[2]  + 72356 done       php setnx.php
# root @ ritoyan-virtual-pc in ~/PHP/redis-high-concurrency [20:23:41] 
$ 花費時間 ： 4.4319710731506
[1]  + 72355 done       php setnx.php

同樣循環(huán)1w次，去掉usleep，使用incr直接進行增加，耗時在2s左右。
而獲取鎖的時候取消usleep，時間不但沒減少，反而增加了，這個usleep的設(shè)置要合理，免得進程做無用的循環(huán)。

總結(jié)

看了這么多，簡單的總結(jié)下，其實redis本身是不會存在并發(fā)問題的，因為他是單線程的，再多的command都是one by one執(zhí)行的。我們使用的時候，可能會出現(xiàn)并發(fā)問題，比如get和set這一對。