Redis进阶应用：Redis+Lua脚本实现复合操做

1、引言

Redis是高性能的key-value数据库，在很大程度克服了memcached这类key/value存储的不足，在部分场景下，是对关系数据库的良好补充。得益于超高性能和丰富的数据结构，Redis已成为当前架构设计中的首选key-value存储系统。

虽然Redis官网上提供了200多个命令，但作程序设计时仍是避免不了为了实现一小步业务逻辑而屡次调用Redis的状况。

以compare and set场景为例。若是使用Redis原生命令，须要从Redis中获取这个key，而后提取其中的值进行比对：若是相等就不作处理；若是不相等或者key不存在则将key设置成目标值。仅仅一个单点的compare and set操做就须要与Redis通信两次。

此外，这种分散操做没法利用Redis的原子特性，占用屡次网络IO。

今天咱们就来探讨一下如何优雅地应对上述场景。

2、Redis与Lua

在介绍Lua以前，咱们须要先对这个语言有个初步了解。Lua 是一个小巧的脚本语言，几乎能够运行在全部操做系统和平台上。咱们通常不会用Lua处理特别复杂的事务，所以只需了解一些lua的基本语法便可。

Redis问世以后，其开发者也意识到了开篇提到的问题，所以Redis从2.6版本开始支持Lua脚本。新版本的Redis还支持Lua Script debug，感兴趣的小伙伴能够去官网的Documentation中找到对应介绍和QuickStart。

有了Lua脚本以后，使用Redis程序时便可以在如下方面实现显著提高：

• 减小网络开销：原本N次网络请求的操做，能够用一个请求完成。原先N次请求的逻辑放在Redis服务器上完成，减小了网络往返时延；
• 原子操做：Redis会将整个脚本做为一个总体执行，中间不会被其余命令插入。这是一个重要特性，必定要拿小本本记好。至于为何是一个原子操做，咱们之后再分析；
• 复用：客户端发送的脚本会永久存储在Redis中。这样其余客户端就能够复用这一脚本，而不须要使用代码完成一样的逻辑。

因此如今流传一句话：要想学好Redis，必会Lua Script。

3、经过Lua脚本实现compare and set

接下来咱们就实现一个简单的compare and set，并经过这个例子感觉一下Lua脚本给Redis使用带来的全新体验。

首先看一下如何让Redis执行Lua脚本。

3.1 Redis的EVAL

Redis 127.0.0.1:6379> EVAL script  numkeys key [key ...] arg [arg ...]

• script： 参数是一段 Lua 5.1 脚本程序。脚本没必要(也不该该)定义为一个Lua函数。
• 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Redis键(key)。在Lua中，这些键名参数能够经过全局变量 KEYS 数组，用1为基址的形式访问( KEYS[1] ，KEYS[2]，依次类推)。
• arg [arg ...]： 附加参数，在Lua中经过全局变量ARGV数组访问，访问的形式和KEYS变量相似( ARGV[1] 、 ARGV[2] ，诸如此类)。

这里借用一下官网的例子。

上述脚本直接返回了入参。

• eval为Redis关键字；
• 第一个引号中的内容就是Lua脚本；
• 2为参数个数；
• key1和key2是KEYS[1]、KEYS[2]的入参；
• first和second是ARGV[1],ARGV[2]的入参。

你们能够简单地将KEYS[1],KEYS[2], ARGV[1],ARGV[2]理解为占位符。

3.2 执行脚本文件和缓存脚本

若是只能在命令行中写脚本执行，遇到复杂的脚本程序岂不是会抓狂？

下面咱们来看一下，如何让Redis执行Lua脚本文件，同时也验证一下lua脚本的复用特性（之后咱们不再须要按期批量删除某些符合特定规则的key了）。

Redis 127.0.0.1:6379> SCRIPT LOAD  script
Redis 127.0.0.1:6379> EVALSHA sha1  numkeys key [key ...] arg [arg ...]

Redis提供了一个SCRIPTLOAD命令，命令后面的script即为Lua脚本。命令将脚本script添加到脚本缓存中，但并不当即执行这个脚本。执行命令后，Redis会返回一个SHA1串，第二个EVALSHA命令便可执行。

须要注意的是，脚本能够在缓存中保留无限长的时间，直到执行完SCRIPT FLUSH。咱们来看一下效果。

Redis还支持直接执行Lua脚本文件。首先编写并存储一个Lua脚本。

而后调用Redis-cli –eval命令

Redis-cli –eval命令语法基本与原eval语法相同。

3.3 使用Lua脚本实现compare and set

compareand set的实现逻辑是这样的：首先获取Redis中指定key的value，而后与给定值进行比较：若是相等，则将key设定为目标值并返回一个标识符；若是不相等，则不做任何操做并返回一个标识符。

if Redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]  then
     Redis.call('set', KEYS[1], ARGV[2]);
     return 1
else
     return 0 end

下面咱们来测试一下这个脚本。

首先向Redis的指定key compareAndSet:key写入一个值value

在Redis中执行lua脚本

能够看到第一次执行返回1，说明修改为功了；再使用原参数执行时返回0，说明没有作任何修改。咱们再查询一下compareAndSet:key这个key

能够看到compareAndSet:key这个key已经被修改成new_value了。

4、总结

咱们经过lua脚本实现了一个简单的compareAndSet操做。

下面咱们经过这个例子来验证一下开篇提到的特性。

• 减小网络开销：不使用脚本的状况下，咱们实现一个compareAndSet至少须要与Redis交互两次，而如今只须要执行一次操做便可完成；
• 原子操做：得益于Redis的设计，Redis会将整个脚本做为一个总体执行，中间不会被其余命令插入。所以在编写脚本的过程当中无需担忧出现竞态条件，无需使用事务，感兴趣的能够百度或等待之后后续文章更新；
• 复用：能够将一系列操做封装成一个Lua脚本，存储在文件或Redis上，下次使用时直接调用便可。

读到这里，但愿你已经对Redis+Lua有了必定的了解，并能使用脚本完成一些简单的复合操做。后续还会继续更新一些基于Lua脚本+java程序实现的分布式数据结构，如延迟队列、可重入锁等，感兴趣的小伙伴能够持续关注。

做者：李崇

原文首发 UAVStack智能运维

来源：宜信技术学院