一、引言

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Redis是高性能的key-value數(shù)據(jù)庫，
在很大程度克服了memcached這類key/value存儲的不足，在部分場景下，是對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的良好補充
。
得益于超高性能和豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Redis已成為當前架構(gòu)設(shè)計中的首選key-value存儲系統(tǒng)。
雖然Redis官網(wǎng)上提供了200多個命令，但做程序設(shè)計時還是避免不了為了實現(xiàn)一小步業(yè)務(wù)邏輯而多次調(diào)用Redis的情況。
以compare and set場景為例
。
如果使用Redis原生命令，需要從Redis中獲取這個key，然后提取其中的值進行比對：
如果相等就不做處理；
如果不相等或者key不存在則將key設(shè)置成目標值。
僅僅一個單點的compare and set操作就需要與Redis通訊兩次。
此外，這種分散操作無法利用Redis的原子特性，占用多次網(wǎng)絡(luò)IO。
今天我們就來探討一下如何優(yōu)雅地應(yīng)對上述場景。
二、Redis與Lua
在介紹Lua之前，我們需要先對這個語言有個初步了解。Lua 是一個小巧的腳本語言，幾乎可以運行在所有操作系統(tǒng)和平臺上。我們一般不會用Lua處理特別復雜的事務(wù)，因此只需了解一些lua的基本語法即可。
Redis問世之后，其開發(fā)者也意識到了開篇提到的問題，因此Redis從2.6版本開始支持Lua腳本。新版本的Redis還支持Lua Script debug，感興趣的小伙伴可以去官網(wǎng)的Documentation中找到對應(yīng)介紹和QuickStart。
有了Lua腳本之后，使用Redis程序時便能夠在以下方面實現(xiàn)顯著提升：

• 減少網(wǎng)絡(luò)開銷 ：本來N次網(wǎng)絡(luò)請求的操作，可以用一個請求完成。原先N次請求的邏輯放在Redis服務(wù)器上完成，減少了網(wǎng)絡(luò)往返時延； 
• 原子操作 ：Redis會將整個腳本作為一個整體執(zhí)行，中間不會被其他命令插入。這是一個重要特性，一定要拿小本本記好。至于為什么是一個原子操作，我們以后再分析； 
• 復用：客戶端發(fā)送的腳本會永久存儲在Redis中。這樣其他客戶端就可以復用這一腳本，而不需要使用代碼完成同樣的邏輯。

 所以現(xiàn)在流傳一句話：要想學好Redis，必會Lua Script。

三、通過Lua腳本實現(xiàn)compare and set

接下來我們就實現(xiàn)一個簡單的compare and set，并通過這個例子感受一下Lua腳本給Redis使用帶來的全新體驗。
首先看一下如何讓Redis執(zhí)行Lua腳本。

3.1 Redis的EVAL

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

• script ：參數(shù)是一段 Lua 5.1 腳本程序。腳本不必(也不應(yīng)該)定義為一個Lua函數(shù)。
• numkeys ：用于指定鍵名參數(shù)的個數(shù)。 
• key [key ...] ：從 EVAL 的第三個參數(shù)開始算起，表示在腳本中所用到的Redis鍵(key)。在Lua中，這些鍵名參數(shù)可以通過全局變量 KEYS 數(shù)組，用1為基址的形式訪問( KEYS[1] ，KEYS[2]，依次類推)。 
• arg [arg ...] ：附加參數(shù)，在Lua中通過全局變量ARGV數(shù)組訪問，訪問的形式和KEYS變量類似( ARGV[1] 、 ARGV[2] ，諸如此類)。

 這里借用一下官網(wǎng)的例子。

上述腳本直接返回了入?yún)ⅰ?br />

• eval為Redis關(guān)鍵字； 
• 第一個引號中的內(nèi)容就是Lua腳本； 
• 2為參數(shù)個數(shù)； 
• key1和key2是KEYS[1]、KEYS[2]的入?yún)ⅲ?nbsp;
• first和second是ARGV[1],ARGV[2]的入?yún)ⅰ?/li>

大家可以簡單地將KEYS[1],KEYS[2], ARGV[1],ARGV[2]理解為占位符。

3.2 執(zhí)行腳本文件和緩存腳本

如果只能在命令行中寫腳本執(zhí)行，遇到復雜的腳本程序豈不是會抓狂？

下面我們來看一下，如何讓Redis執(zhí)行Lua腳本文件，同時也驗證一下lua腳本的復用特性（以后我們再也不需要定期批量刪除某些符合特定規(guī)則的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提供了一個SCRIPTLOAD命令，命令后面的script即為Lua腳本。命令將腳本script添加到腳本緩存中，但并不立即執(zhí)行這個腳本。執(zhí)行命令后，Redis會返回一個SHA1串，第二個EVALSHA命令即可執(zhí)行。

需要注意的是，腳本可以在緩存中保留無限長的時間，直到執(zhí)行完SCRIPT FLUSH。我們來看一下效果。

Redis還支持直接執(zhí)行Lua腳本文件。
首先編寫并存儲一個Lua腳本。

然后調(diào)用Redis-cli –eval命令。

Redis-cli –eval命令語法基本與原eval語法相同。

3.3 使用Lua腳本實現(xiàn)compare and set

compareand set的實現(xiàn)邏輯是這樣的：
首先獲取Redis中指定key的value，然后與給定值進行比較：
如果相等，則將key設(shè)定為目標值并返回一個標識符；
如果不相等，則不作任何操作并返回一個標識符。

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

 下面我們來測試一下這個腳本。

首先向Redis的指定key compareAndSet:key寫入一個值value。

在Redis中執(zhí)行l(wèi)ua腳本。

可以看到第一次執(zhí)行返回1，說明修改成功了；
再使用原參數(shù)執(zhí)行時返回0，說明沒有做任何修改。
我們再查詢一下compareAndSet:key這個key。

可以看到compareAndSet:key這個key已經(jīng)被修改為new_value了。
四、總結(jié)
我們通過lua腳本實現(xiàn)了一個簡單的compareAndSet操作。
下面我們通過這個例子來驗證一下開篇提到的特性。

• 減少網(wǎng)絡(luò)開銷 ：不使用腳本的情況下，我們實現(xiàn)一個compareAndSet至少需要與Redis交互兩次，而現(xiàn)在只需要執(zhí)行一次操作即可完成； 
• 原子操作 ：得益于Redis的設(shè)計，Redis會將整個腳本作為一個整體執(zhí)行，中間不會被其他命令插入。因此在編寫腳本的過程中無需擔心出現(xiàn)競態(tài)條件，無需使用事務(wù)，感興趣的可以百度或等待以后后續(xù)文章更新； 
• 復用：可以將一系列操作封裝成一個Lua腳本，存儲在文件或Redis上，下次使用時直接調(diào)用即可。

讀到這里，希望你已經(jīng)對Redis+Lua有了一定的了解，并能使用腳本完成一些簡單的復合操作。后續(xù)還會繼續(xù)更新一些基于Lua腳本+java程序?qū)崿F(xiàn)的分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如延遲隊列、可重入鎖等，感興趣的小伙伴可以持續(xù)關(guān)注。

【本文是專欄機構(gòu)宜信技術(shù)學院的原創(chuàng)文章，微信公眾號“宜信技術(shù)學院( id: CE_TECH)”】

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文章名稱：Redis進階應(yīng)用：Redis+Lua腳本實現(xiàn)復合操作
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