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无锁的原子操作:Redis如何应对并发访问?

mhr18 2024-10-25 12:38 45 浏览 0 评论

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并发访问中需要对什么进行控制?


如何解决?


加锁


Redis 的两种原子操作方法


单命令操作


Lua 脚本




并发访问中需要对什么进行控制?


并发访问控制,是指对多个客户端访问操作同一份数据的过程进行控制,以保证 任何一个客户端发送的操作在 Redis 实例上执行时具有互斥性。


关键是要对临界资源进行并发控制


什么是临界资源?


例如库存


?


客户端 A 在 t1 时读取库存值 10 并扣减 1,在 t2 时,客户端 A 还没有把扣减后的库存值 9 写回 Redis,而在此时,客户端 B 读到库存值 10,也扣减了 1,B 记录的库存值也为 9 了。等到 t3 时,A 往 Redis 写回了库存值 9,而到 t4 时,B 也写回了库存值9。


如何解决?


加锁


?


Redis 的两种原子操作方法


单命令操作


INCR/DECR 命令,把这三个操作(“读取 - 修改 - 写回”操作(Read-Modify-Write,简称为 RMW 操作)转变为一个原子操作了。


INCR/DECR 命令可以对数据进行增值 / 减值操作,而且它们本身就是单个命令操作,


Redis 在执行它们时,本身就具有互斥性。


Lua 脚本


有些判断操作也需要原子性,即有逻辑的操作需要保证原子性,单挑命令无法满足


例如


客户端限流其实同时包含了对访问次数和时间范围的限制,例如每 分钟的访问次数不能超过 20。所以,我们可以在客户端第一次访问时,给对应键值对设置过期时间,例如设置为 60s 后过期。同时,在客户端每次访问时,我们读取客户端当前的访问次数,如果次数超过阈值,就报错,限制客户端再次访问。你可以看下下面的这段代 码,它实现了对客户端每分钟访问次数不超过 20 次的限制。



//获取ip对应的访问次数
current = GET(ip)
//如果超过访问次数超过20次,则报错
IF current != NULL AND current > 20 THEN
    ERROR "exceed 20 accesses per second"
ELSE
    //如果访问次数不足20次,增加一次访问计数
    value = INCR(ip)
    //如果是第一次访问,将键值对的过期时间设置为60s后
    IF value == 1 THEN
        EXPIRE(ip,60)
    END
    //执行其他操作
    DO THINGS
END


对于这些操作,我们同样需要保证它们的原子性。否则,如果客户端使用多线程访问,访问次数初始值为 0,第一个线程执行了 INCR(ip) 操作后,第二个线程紧接着也执行了 INCR(ip),此时,ip 对应的访问次数就被增加到了 2,我们就无法再对这个 ip 设置过期时间了。这样就会导致,这个 ip 对应的客户端访问次数达到 20 次之后,就无法再进行访问了。即使过了 60s,也不能再继续访问,显然不符合业务要求。


LUA脚本解决方案



local current
current = redis.call("incr",KEYS[1])
if tonumber(current) == 1 then
    redis.call("expire",KEYS[1],60)
end



执行lua脚本


redis-cli --eval lua.script keys , args


访问次数加 1、判断访问次数是否为 1,以及设置过期时间这三个操作就可以原子性地执行了。即使客户端有多个线程同时执行这个脚本,Redis 也会依次串行执行脚本代码,避免了并发操作带来的数据错误。


为了提高lua脚本的执行效率,要避免把不需要做并发控制的操作写入脚本中


其实这里可以在key中增加userID ,对于同一个user执行加1操作. 就可以不使用lua脚本.



?

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