Redis `WATCH` 与 `MULTI`：实现乐观锁与事务 - 智猿学院-IT界的百科全书

Redis `WATCH` 与 `MULTI`：一场关于乐观锁与事务的奇妙冒险之旅

各位观众老爷，晚上好！欢迎来到今晚的“Redis 那些事儿”脱口秀现场！我是主持人，也是你们的老朋友，代码界的段子手——阿码！今天，我们要聊聊 Redis 中两个重量级选手：WATCH 和 MULTI。他们就像一对欢喜冤家，一个负责“盯梢”，一个负责“打包”，联手为我们带来了乐观锁和事务的精彩表演。

准备好了吗？让我们系好安全带，开始这场关于数据安全与并发控制的奇妙冒险之旅吧！🚀

第一幕：并发的世界，危机四伏！

想象一下，你正在经营一家炙手可热的电商平台。每天，成千上万的用户涌入，抢购限量版的“阿码牌程序员鼓励师抱枕”。库存有限，先到先得！

如果没有有效的并发控制机制，将会发生什么？

超卖现象： 多个用户同时抢购最后一个抱枕，结果系统显示成功，但实际上库存根本不够，导致用户体验极差，投诉如潮！😭
数据错乱： 用户 A 修改了订单信息，用户 B 也在同时修改，最终的结果可能谁也说不清楚，数据一片混乱，老板要扣工资了！😱

这就是并发控制的必要性！我们需要一种机制，确保在多个客户端同时访问和修改共享数据时，数据的完整性和一致性。

第二幕：乐观锁登场，WATCH 你的数据！

别慌，救星来了！Redis 的 WATCH 命令就像一位尽职尽责的保安，时刻关注着你想要保护的数据。

什么是乐观锁？

乐观锁是一种并发控制策略，它假设在大多数情况下，并发冲突发生的概率较低。因此，它不会在数据访问时加锁，而是在更新数据时，检查数据是否被其他客户端修改过。如果数据没有被修改，则更新成功；否则，更新失败，需要重新尝试。

WATCH 命令：我的眼里只有你！

WATCH 命令用于“监视”一个或多个 Redis 键。当客户端执行 WATCH 命令后，Redis 会记录下这些键当前的值。

WATCH inventory # 监视 inventory 键

这意味着，阿码已经派出了我的私人保安，24 小时盯着 inventory 键，任何风吹草动都逃不过他的眼睛！👀

工作原理：

客户端使用 WATCH 命令监视一个或多个键。
客户端执行一系列操作，读取和修改被监视的键。
在更新数据之前，客户端使用 MULTI 命令开启一个事务，并执行更新操作。
在事务提交时（EXEC 命令），Redis 会检查被监视的键的值是否发生了变化。
- 如果值没有变化，说明在事务执行期间，没有其他客户端修改过这些键，事务执行成功。
- 如果值发生了变化，说明有其他客户端修改了这些键，事务执行失败，Redis 会丢弃整个事务，客户端需要重新尝试。

一个鲜活的例子：

假设 inventory 键存储着抱枕的库存数量，当前值为 1。

WATCH inventory # 监视 inventory 键
GET inventory # 获取库存数量，返回 1

# 模拟多个客户端同时抢购
# 客户端 A
MULTI # 开启事务
DECR inventory # 库存减 1
EXEC # 提交事务

# 客户端 B
MULTI # 开启事务
DECR inventory # 库存减 1
EXEC # 提交事务

如果客户端 A 先提交事务，Redis 会检查 inventory 的值是否仍然为 1。由于没有其他客户端修改过，事务执行成功，inventory 的值变为 0。

接着，客户端 B 提交事务，Redis 会再次检查 inventory 的值。此时，inventory 的值已经变为 0，与客户端 B 监视时的值 1 不一致，事务执行失败。客户端 B 需要重新获取库存数量，并重新尝试抢购。

表格总结：

命令	作用
`WATCH`	监视一个或多个键，用于实现乐观锁。
`GET`	获取键的值，用于读取数据。
`MULTI`	开启一个事务。
`DECR`	将键的值减 1，用于扣减库存。
`EXEC`	提交事务，Redis 会检查被监视的键的值是否发生了变化，并决定是否执行事务。
`UNWATCH`	取消对所有键的监视。

优点：

简单易用，只需要几个简单的命令即可实现乐观锁。
适用于读多写少的场景，因为只有在更新数据时才会进行冲突检测。

缺点：

如果并发冲突的概率较高，可能会导致频繁的事务失败，需要多次重试，影响性能。
无法防止“幻读”现象，即在事务执行期间，有其他客户端插入了新的数据，导致事务读取到的数据不一致。

第三幕：事务的魔力，MULTI 与 EXEC 的完美搭档！

MULTI 和 EXEC 命令是 Redis 事务的灵魂。它们就像一对默契的舞伴，一个负责开启舞池，一个负责结束表演。

什么是事务？

事务是一组原子性的操作，要么全部执行成功，要么全部执行失败。在 Redis 中，事务可以保证多个命令按顺序依次执行，而不会被其他客户端的命令所中断。

MULTI 命令：开启事务的号角！

MULTI 命令用于开启一个事务。当客户端执行 MULTI 命令后，Redis 会将后续的命令放入一个队列中，直到遇到 EXEC 命令才会执行。

MULTI # 开启事务

这意味着，阿码已经吹响了事务的号角，接下来的一系列操作都将被打包成一个整体，要么一起成功，要么一起失败！🎺

EXEC 命令：提交事务的终点！

EXEC 命令用于提交事务。当客户端执行 EXEC 命令后，Redis 会按照队列的顺序执行事务中的所有命令，并将结果返回给客户端。

EXEC # 提交事务

这意味着，阿码已经按下了事务的执行按钮，所有的命令都将被执行，结果将呈现在你的眼前！🎬

一个完整的例子：

MULTI # 开启事务
SET name "阿码" # 设置 name 键的值为 "阿码"
INCR age # 将 age 键的值加 1
EXEC # 提交事务

在这个例子中，SET 和 INCR 命令被放入一个事务中。当执行 EXEC 命令后，Redis 会依次执行这两个命令，保证 name 键的值被设置为 "阿码"，并且 age 键的值加 1。

特殊情况：DISCARD 和 WATCH 的友情客串！

DISCARD 命令： 如果在事务执行期间，你突然觉得这个事务没必要执行了，可以使用 DISCARD 命令来取消事务，清空队列中的所有命令。这就像你在电影院看电影，突然觉得不好看，直接退场一样！🏃
WATCH 命令与事务的结合： WATCH 命令可以与 MULTI 和 EXEC 命令结合使用，实现乐观锁。正如我们在第二幕中看到的那样，WATCH 命令负责监视键的值，MULTI 和 EXEC 命令负责开启和提交事务。如果被监视的键的值发生了变化，事务将会被取消。

表格总结：

命令	作用
`MULTI`	开启一个事务，将后续的命令放入队列中。
`EXEC`	提交事务，按照队列的顺序执行事务中的所有命令。
`DISCARD`	取消事务，清空队列中的所有命令。
`WATCH`	监视一个或多个键，与 `MULTI` 和 `EXEC` 命令结合使用，实现乐观锁。

优点：

保证事务的原子性，要么全部执行成功，要么全部执行失败。
可以批量执行多个命令，减少网络通信的开销。

缺点：

Redis 事务不支持回滚操作。如果在事务执行期间，某个命令执行失败，Redis 不会回滚之前的操作。
Redis 事务不支持隔离级别。在事务执行期间，其他客户端仍然可以读取和修改数据。

第四幕：乐观锁与事务的完美融合，守护数据的安全！

现在，让我们将 WATCH 命令和 MULTI、EXEC 命令结合起来，实现一个完整的乐观锁事务。

场景：

假设我们要实现一个简单的转账功能。用户 A 向用户 B 转账 100 元。

# 用户 A 的账户余额键：balance:A
# 用户 B 的账户余额键：balance:B

# 初始余额
SET balance:A 500 # 用户 A 余额 500 元
SET balance:B 200 # 用户 B 余额 200 元

# 转账操作
WATCH balance:A balance:B # 监视用户 A 和用户 B 的账户余额
MULTI # 开启事务
DECRBY balance:A 100 # 用户 A 余额减 100 元
INCRBY balance:B 100 # 用户 B 余额加 100 元
EXEC # 提交事务

流程：

客户端使用 WATCH 命令监视 balance:A 和 balance:B 两个键。
客户端使用 MULTI 命令开启一个事务。
客户端使用 DECRBY 命令将 balance:A 键的值减 100。
客户端使用 INCRBY 命令将 balance:B 键的值加 100。
客户端使用 EXEC 命令提交事务。

如果在事务执行期间，balance:A 或 balance:B 的值发生了变化，事务将会被取消，转账操作将会失败。客户端需要重新获取账户余额，并重新尝试转账。

代码示例 (Python + redis-py):

import redis

# 连接 Redis
r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

def transfer(from_user, to_user, amount):
    """
    转账函数
    """
    try:
        with r.pipeline() as pipe:
            pipe.watch(f"balance:{from_user}", f"balance:{to_user}")
            from_balance = int(pipe.get(f"balance:{from_user}"))
            to_balance = int(pipe.get(f"balance:{to_user}"))

            if from_balance < amount:
                print("余额不足！")
                pipe.unwatch()
                return False

            pipe.multi()
            pipe.decrby(f"balance:{from_user}", amount)
            pipe.incrby(f"balance:{to_user}", amount)
            result = pipe.execute()

            if result:
                print(f"成功从 {from_user} 转账 {amount} 元给 {to_user}!")
                return True
            else:
                print("转账失败，请重试！")
                return False

    except redis.WatchError:
        print("转账失败，请重试！(WatchError)")
        return False

# 示例调用
r.set("balance:A", 500)
r.set("balance:B", 200)

transfer("A", "B", 100)

print(f"用户 A 余额: {r.get('balance:A').decode()}")
print(f"用户 B 余额: {r.get('balance:B').decode()}")

总结：

通过 WATCH 命令和 MULTI、EXEC 命令的结合，我们可以实现乐观锁事务，有效地保护共享数据的安全，防止并发冲突带来的问题。

第五幕：总结与展望，未来的无限可能！

今天，我们一起探索了 Redis 中 WATCH 命令和 MULTI、EXEC 命令的奥秘，了解了乐观锁和事务的原理和应用。

核心要点：

WATCH 命令用于监视键的值，实现乐观锁。
MULTI 命令用于开启一个事务。
EXEC 命令用于提交事务。
DISCARD 命令用于取消事务。
乐观锁适用于读多写少的场景，可以有效地提高并发性能。
Redis 事务可以保证多个命令的原子性，但不支持回滚操作和隔离级别。

展望未来：

Redis 作为一种高性能的键值存储数据库，在并发控制方面还有很多值得探索的地方。例如，可以结合 Lua 脚本来实现更复杂的事务逻辑，或者使用 Redis 集群来提高并发处理能力。

希望今天的分享能够帮助大家更好地理解 Redis 的并发控制机制，并在实际项目中灵活运用。

感谢大家的观看，我们下期再见！👋

Redis WATCH 与 MULTI：一场关于乐观锁与事务的奇妙冒险之旅