Redis 事務與 Lua 腳本詳解

Redis 事務詳解

Redis 的事務和 MySQL 的事務在概念上是類似的，都是把一系列操作綁定成一組，讓這一組能夠批量執行。不過，Redis 事務與 MySQL 事務存在以下區別：

Redis 事務本質上是在服務器上創建了一個事務隊列。每次客戶端在事務中進行一個操作，都會把命令先發給服務器，放到事務隊列中（但是不會立即執行），而是在真正收到 EXEC 命令之後，才真正執行隊列中的所有操作。因此，Redis 事務的功能相比於 MySQL 來說是弱化很多的，只能保證事務中的這幾個操作是連續的，不會被別的客戶端 “加塞”。Redis 事務的意義就在於 “打包”，避免其他客戶端的命令插隊到中間。

Redis 事務的主要操作如下：

Lua 腳本詳解

Lua 是一種輕量小巧的腳本語言，用標準 C 語言編寫並以源代碼形式開放，其設計目的是爲了嵌入應用程序中，從而爲應用程序提供靈活的擴展和定製功能。Lua 語言的特點包括：

Lua 語言的應用場景包括遊戲開發、獨立應用腳本、Web 應用腳本、擴展和數據庫插件（如 MySQL Proxy 和 MySQL WorkBench）、安全系統（如入侵檢測系統）等。

案例分析

以下是一個 Redis 整合 Lua 腳本實現限流效果的案例：

限流是指某應用模塊需要限制指定 IP（或指定模塊、指定應用）在單位時間內的訪問次數。例如，在某高併發場景裏，會員查詢模塊對風險控制模塊的限流需求是在 10 秒裏最多允許有 1000 個請求。Lua 腳本天然具有原子性，而且執行 Lua 腳本的 Redis 服務器是以單線程模式處理命令，所以用 Lua 腳本能有效地實現限流。

以下是一個實現基於計數模式的限流功能的 Lua 腳本：

local obj=KEYS[1]
local limitNum=tonumber(redis.call('get',obj)or"0")
local curVisitNum=tonumber(redis.call('get',obj) or "0") + 1
if curVisitNum>limitNum then
  return 0
else
  redis.call("INCRBY",obj,"1")
  redis.call("EXPIRE",obj,tonumber(ARGV[2]))
  return curVisitNum
end

該腳本共有 3 個參數：

腳本的功能是限制 KEYS[1] 對象在 ARGV[2] 時間範圍內只能訪問 ARGV[1] 次。以下是腳本的詳細解釋：

也就是說，在調用該 Lua 腳本時，如果返回值是 0，就說明當前訪問量已經達到限流標準，否則還可以繼續訪問。

以下是一個調用上述腳本實現限流效果的 Java 代碼示例：

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class LuaLimitByCount extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        Jedis jedis = new Jedis("192.168.159.33", 6379);
        // 在本線程內,模擬在單位時間內發5個請求
        for (int visitNum = 0; visitNum < 5; visitNum++) {
            boolean visitFlag = LimitByCount.canVisit(jedis, Thread.currentThread().getName(), "10", "3");
            if (visitFlag) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " can visit.");
            } else {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " can not visit.");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 開啓3個線程
        for (int cnt = 0; cnt < 3; cnt++) {
            new LuaLimitByCount().start();
        }
    }
}

// 封裝是否需要限流的方法
class LimitByCount {
    // 判斷是否需要限流
    public static boolean canVisit(Jedis jedis, String modelName, String limitTime, String limitNum) {
        String script = "local obj=KEYS[1] " +
                        "local limitNum=tonumber(ARGV[1]) " +
                        "local curVisitNum=tonumber(redis.call('get',obj) or \"0\")+1 " +
                        "if curVisitNum>limitNum then " +
                        " return 0 " +
                        "else " +
                        " redis.call(\"incrby\",obj,\"1\") " +
                        " redis.call(\"expire\",obj,ARGV[2])) " +    
                        " return curVisitNum " +    
                        " end";    

        Object result = jedis.eval(script, 1, modelName, limitNum, limitTime);    
        if (result.equals(0L)) {    
            return false;    
        } else {    
            return true;    
        }    
    }

解釋

在LimitByCount類中，canVisit方法用於判斷指定模塊（modelName）是否能在指定時間（limitTime）內訪問指定次數（limitNum）。

Lua 腳本的邏輯是：

  1. 獲取當前模塊的訪問次數（如果不存在則默認爲 0），並加 1。

  2. 如果加 1 後的訪問次數超過了最大訪問次數，則返回 0，表示不能訪問。

  3. 否則，使用INCRBY命令將訪問次數加 1，並使用EXPIRE命令設置鍵值對的生存時間（即限流時間），然後返回當前的訪問次數，表示可以訪問。

在 Java 代碼中，LuaLimitByCount類繼承自Thread，並在run方法中模擬了多個請求。每個請求都會調用LimitByCount.canVisit方法來判斷是否可以訪問。根據返回值，打印相應的信息。

注意事項

  1. Lua 腳本的原子性：Redis 在執行 Lua 腳本時，會將腳本作爲一個整體執行，期間不會被其他命令打斷，從而保證了原子性。

  2. 參數傳遞：在調用 Lua 腳本時，需要注意參數的傳遞順序和類型。在 Java 代碼中，使用jedis.eval方法時，需要按照script, keyCount, key1, arg1, arg2, ...的順序傳遞參數。

  3. 異常處理：在實際應用中，需要添加異常處理邏輯，以處理可能發生的 Redis 連接異常、執行異常等。

  4. 性能考慮：雖然 Lua 腳本在 Redis 中執行具有較高的性能，但在高併發場景下，仍需要考慮腳本的執行時間和 Redis 服務器的負載情況。

通過上述案例，我們瞭解瞭如何使用 Redis 事務和 Lua 腳本實現限流功能。在實際應用中，可以根據具體需求對腳本進行定製和優化。

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/aby4sJA4e0ik5142sdXIpA

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