Redis中使用Lua脚本实现原子操作_redis lua脚本实现原子性

Redis允许用户在服务器上上传并执行 Lua 脚本，也就是说Redis支持我们使用Lua编写一些简单的逻辑，当做一个自定义的命令，在单次操作中来执行，这在很多场景中都很有用，比如redisson分布式锁，滑动窗口限流等。

现在就以简单例子上手来看看java编程怎么使用lua脚本实现redis原子操作。

一个简单的lua脚本

原生命令

先来看一个使用redis-cli命令行执行的命令，这个lua脚本仅仅是执行了一个incr命令

[db1] > eval "return redis.call('incr',KEYS[1])" 1 mykey
(integer) 1

运行结果

EVAL命令是从 Redis 2.6.0 版本开始的，使用内置的 Lua 解释器，可以对 Lua 脚本进行求值。具体用法如下

EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...] 

参数说明：

• script： 参数是一段 Lua 5.1 脚本程序。该脚本不需要包含任何 Lua 函数的定义。
• numkeys： 用于指定键名参数的个数。
• key [key ...]： 从 EVAL 的第三个参数开始算起，表示在脚本中所用到的那些 Redis 键(key)，这些键名参数可以在 Lua 中通过全局变量 KEYS 数组，用 1 为起始序号的形式访问( KEYS[1] ， KEYS[2] ，以此类推)。
• arg [arg ...]： 附加参数，在 Lua 中通过全局变量 ARGV 数组访问，访问的形式和 KEYS 变量类似( ARGV[1] 、 ARGV[2] ，诸如此类)。

我们上面执行的简单脚本中没有用到ARGV，但是其他参数都用到了，可以对照着看下。

redis.call() 或 redis.pcall() 可以从 Lua 脚本调用 Redis 命令。两者几乎相同。 两者都执行 Redis 命令及其提供的参数。 然而，这两个函数之间的区别在于处理运行时错误（例如语法错误）的方式。 调用redis.call()函数引发的错误将直接返回到执行该函数的客户端。 相反，调用redis.pcall()函数时遇到的错误将返回到脚本的执行上下文，而不是进行可能的处理。

下面是一个示例

[db1] > sadd book mathBook
(integer) 1
 
[db1] > eval "redis.call('get',KEYS[1])" 1 book
"ERR Error running script (call to f_06d4a1ccca3a25f32b1ffed60c2ca95db2b3d95b): @user_script:1: WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value"
 
[db1] > eval "redis.pcall('get',KEYS[1])" 1 book
(nil)

用java执行Lua脚本

上面的命令用java代码实现的话，是这样写的

@Test
public void luaIncrTest() {
    String luaScript = "return redis.call('incr',KEYS[1])";
    DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
    redisScript.setScriptText(luaScript);
    redisScript.setResultType(Long.class);
    Long ddd = redisTemplate.execute(redisScript, Collections.singletonList("mykey"));
    System.out.println("result is : "+ddd);
}

因为这段lua脚本执行后return的值是个Long类型的，需要在DefaultRedisScript声明要接收的返回值类型为Long，否则类型对不上的话就会报错。假如我们用DefaultRedisScript<String>来接的话，就会报这个错

org.springframework.data.redis.RedisSystemException: Unknown redis exception; nested exception is java.lang.UnsupportedOperationException: io.lettuce.core.output.ValueOutput does not support set(long)

复杂一点的lua脚本

自己动手写lua脚本的好处就是可以将多个redis命令放在一次请求中执行，也可以添加自己的一点处理逻辑，比如if else判断等。下面拟定一个场景，使用lua脚本来实现。

场景：有一个领取礼品的活动，谁都可以领，但是礼品数量有限，先到先得，且不可重复领取，使用Lua脚本将操作限制在一条redis命令中完成。

设计：设置两个key

• giftNum：当前礼品剩余数量，初始值5， key value形式
• record：领取记录，不设初始值，set形式

每个用户过来后先判断是否领取过，领取过直接返回成功，未领取过的话判断礼品是否有剩余，有剩余的话将礼品数量减一后记录领取记录，否则返回失败。

lua脚本实现

  KEYS[领取记录,礼品数量] , ARGV[用户id]

-- 先判断该用户是否领过礼品
local isMember = redis.call('SISMEMBER',KEYS[1],ARGV[1])
if (isMember == 1)
then
    return 1
end
-- 由于存储礼品数量的值为string,所以取到后要用tonumber转为数字类型后再进行比较
local giftNum = tonumber(redis.call('get',KEYS[2]))
if( giftNum <= 0 )
then
    return 0
else
    redis.call('DECR',KEYS[2])
    redis.call('SADD',KEYS[1],ARGV[1])
    return 1
end

编写lua脚本需要注意几点

1.脚本中不能有全局变量，只能有局部变量，即所有变量必须用local修饰，否则会报错（假如把isMember前的local修饰符去掉）

org.springframework.data.redis.RedisSystemException: Error in execution; nested exception is io.lettuce.core.RedisCommandExecutionException: ERR Error running script (call to f_732bb1e3b0b078463f5aec5128960b2bee72fb17): @enable_strict_lua:8: user_script:1: Script attempted to create global variable 'isMember'

2.脚本中不能编写function函数，否则也会报错（假如我写了个名为myFunc的函数）

org.springframework.data.redis.RedisSystemException: Error in execution; nested exception is io.lettuce.core.RedisCommandExecutionException: ERR Error running script (call to f_bfa61041dfb81419bd85b055a7ff2f3d44251881): @enable_strict_lua:8: user_script:1: Script attempted to create global variable 'myFunc'

3.字符串类型与数字类型比较时需要先将字符串转为数字，用tonumber函数

代码实现

@Test
public void luaGiftTest() throws InterruptedException {
    String luaScript = "local isMember = redis.call('SISMEMBER',KEYS[1],ARGV[1]) \n" +
            "if (isMember == 1)\n" +
            "then \n" +
            "\treturn 1\n" +
            "end\n" +
            "\n" +
            "local giftNum = tonumber(redis.call('get',KEYS[2]))\n" +
            "if( giftNum <= 0 )\n" +
            "then\n" +
            "\treturn 0\n" +
            "else\n" +
            "\tredis.call('DECR',KEYS[2])\n" +
            "\tredis.call('SADD',KEYS[1],ARGV[1])\n" +
            "\treturn 1\n" +
            "end";
    DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
    redisScript.setScriptText(luaScript);
    redisScript.setResultType(Long.class);
 
    String userPrefix = "user_";
    String recordKey = "record";
    String giftNumKey = "giftNum";
    // 模拟10个人同时领取礼品
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        String userId = userPrefix + i;
        CompletableFuture.runAsync(() -> {
            Long result = redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList(recordKey, giftNumKey), userId);
            log.info("用户：{}，领取结果：{}", userId, result);
            countDownLatch.countDown();
        });
    }
    countDownLatch.await();
    log.info("领取结束");
}

上面的代码实现，将lua脚本直接写在了代码里，在脚本比较长的时候，显得有点杂乱，介于此，我们可以将lua脚本单独放到一个文件中并使用redisScript.setScriptSource来加载脚本。

将lua脚本放到resources目录下（文件名后缀不是必须为.lua,我试了.txt也可以）

java代码实现

@Test
public void luaGiftFileTest() throws InterruptedException {
    DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
    redisScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("lua/getGift.lua")));
    redisScript.setResultType(Long.class);
 
    String userPrefix = "user_";
    String recordKey = "record";
    String giftNumKey = "giftNum";
    // 模拟10个人同时领取礼品
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        String userId = userPrefix + i;
        CompletableFuture.runAsync(() -> {
            Long result = redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList(recordKey, giftNumKey), userId);
            log.info("用户：{}，领取结果：{}", userId, result);
            countDownLatch.countDown();
        });
    }
    countDownLatch.await();
    log.info("领取结束");
}

代码执行结果

用户：user_8，领取结果：0
用户：user_2，领取结果：0
用户：user_7，领取结果：1
用户：user_1，领取结果：1
用户：user_10，领取结果：0
用户：user_6，领取结果：1
用户：user_5，领取结果：1
用户：user_4，领取结果：1
用户：user_3，领取结果：0
用户：user_9，领取结果：0
领取结束

redis客户端查看键值情况

可以看到，这套代码完美的实现了我们的需求。之所以能使用lua脚本实现对redis的原子操作，还是得益于redis的执行主线程是单线程，命令是单条依次执行，不存在并行执行的特性。

也因为这个单线程的特性，我们写的lua脚本一定要保证它耗时少，执行快，否则慢吞吞执行的lua脚本会将redis服务阻塞住，导致不能执行后面的所有命令。

EVALSHA

Redis 实现了EVALSHA命令，它的作用和 EVAL 一样，都用于对脚本求值，但它接受的第一个参数不是脚本，而是脚本的 SHA1 校验和(sum)。

脚本缓存

Redis 保证所有被eval运行过的脚本都存储在服务器保留的专用缓存中。这意味着，当 eval 命令在一个 Redis 实例上成功执行某个脚本之后，随后针对这个脚本的所有 evalsha 命令都会成功执行（亲测可行）。

但是Redis 脚本缓存始终是不稳定的。 它不被视为数据库的一部分，并且不会持久化。 缓存可能会在服务器重新启动时、在副本承担主角色时的故障转移期间或由SCRIPT FLUSH显式清除。 这意味着缓存的脚本是短暂的，并且缓存的内容随时可能丢失。

SCRIPT 命令

Redis 提供了以下几个 SCRIPT 命令，用于对脚本子系统(scripting subsystem)进行控制：

• SCRIPT FLUSH ：清除所有脚本缓存 
• SCRIPT EXISTS ：根据给定的脚本校验和，检查指定的脚本是否存在于脚本缓存 
• SCRIPT LOAD ：将一个脚本装入脚本缓存，但并不立即运行它 
• SCRIPT KILL ：杀死当前正在运行的脚本

script load命令可以将lua脚本放入redis服务器中，并返回一个脚本的sha1值。

单看evalsha命令可以明白，比较大的lua脚本使用evalsha命令可以减少客户端与redis服务器的网络开销，但是，RedisTemplate并没有提供相关方法 本文内容由网友自发贡献，转载请注明出处：【wpsshop博客】