華為云企業(yè)級(jí)Redis揭秘第16期：超越開源Redis的ACID"真"事務(wù)

日常生活中的shopping、交通、手游都離不開高頻的金融消費(fèi)、虛擬交易。熟悉MySQL的讀者，一定知道數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)（Transaction）可以搞定這類關(guān)鍵場(chǎng)景，事務(wù)不但極大簡(jiǎn)化了上層業(yè)務(wù)的編程模型，給開發(fā)者帶來(lái)便利，同時(shí)它也讓“交易”等核心業(yè)務(wù)正確可靠。

其實(shí)，Redis也有事務(wù)，但社區(qū)版只做了簡(jiǎn)版實(shí)現(xiàn)，無(wú)法滿足ACID要求，因此應(yīng)用有限。

本文將介紹華為云企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)GaussDB(for Redis)（下文簡(jiǎn)稱為高斯Redis）的事務(wù)功能，與社區(qū)版不同，高斯Redis提供了滿足ACID的企業(yè)級(jí)事務(wù)特性。

1.什么是事務(wù)？

請(qǐng)?jiān)O(shè)想如下場(chǎng)景：

在一個(gè)月黑風(fēng)高之夜，一場(chǎng)交易正在進(jìn)行。玩家B收款成功，但A卻沒(méi)拿到裝備。

好了，一場(chǎng)PK在所難免。

玩家做幾次點(diǎn)擊即可完成交易，但底層數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部，卻需要執(zhí)行至少4個(gè)關(guān)鍵操作：

試想，如步驟4失敗，而前置步驟成功，會(huì)發(fā)生邏輯錯(cuò)亂，這將帶來(lái)災(zāi)難性的用戶體驗(yàn)。

事務(wù)是如何解決這類場(chǎng)景的？這依賴于4大特性：

原子性（Atomicity）：一組操作要么全成功，要么全失敗。

一致性（Consistency）：即滿足既定約束，保證系統(tǒng)不脫離合理狀態(tài)。例如，如果A、B各有50枚金幣，那么全局總數(shù)應(yīng)始終保持100。

隔離性（Isolation）：多個(gè)事務(wù)的執(zhí)行相互隔離，互不影響。

持久性（Durability）：提交成功的事務(wù)應(yīng)帶來(lái)永久性狀態(tài)變化，即使掉電，數(shù)據(jù)也不應(yīng)丟失。

其中，一致性是最關(guān)鍵的，而原子性、隔離性、持久性都是為了保證一致性。當(dāng)然，為了確保整體系統(tǒng)的一致性，也需要業(yè)務(wù)層的共同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，本文不詳細(xì)展開。

那么，開源Redis事務(wù)存在哪些問(wèn)題，GaussDB(for Redis)的企業(yè)級(jí)事務(wù)功能又是什么樣的？下面我們來(lái)具體看看。

2. 從四大特性看Redis的事務(wù)

2.1 原子性

社區(qū)版Redis

開源Redis事務(wù)是一種極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)，并不支持事務(wù)失敗時(shí)的回滾操作，不滿足事務(wù)的原子性。

此外還有以下問(wèn)題：

入隊(duì)校驗(yàn)不完備：只校驗(yàn)簡(jiǎn)單語(yǔ)法，無(wú)法識(shí)別key的類型錯(cuò)誤；

錯(cuò)誤處理不完備：直接跳過(guò)錯(cuò)誤，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)命令。

GaussDB(for Redis)

如圖所示，開源Redis事務(wù)在第一條命令出錯(cuò)的情況下仍舊執(zhí)行了下面的命令，而高斯Redis則避免了這樣的問(wèn)題。

每個(gè)事務(wù)的執(zhí)行在提交前會(huì)進(jìn)行錯(cuò)誤判斷，如有錯(cuò)誤則會(huì)觸發(fā)回滾邏輯，放棄之前的操作，對(duì)原數(shù)據(jù)無(wú)影響

高斯Redis在保留社區(qū)版事務(wù)使用邏輯的同時(shí)，在底層實(shí)現(xiàn)了對(duì)回滾的支持，滿足了事務(wù)的原子性。

2.2 隔離性

社區(qū)版Redis

事務(wù)在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，應(yīng)當(dāng)處理各種隔離性問(wèn)題。

開源Redis對(duì)命令的執(zhí)行是單線程設(shè)計(jì)，因此的確可以保證不會(huì)有兩個(gè)事務(wù)同時(shí)被執(zhí)行，具體來(lái)看：

開源Redis不存在隔離性問(wèn)題；

代價(jià)是性能的降低和對(duì)整體吞吐的影響，事務(wù)只能單線程處理，對(duì)其他請(qǐng)求的干擾較大。

GaussDB(for Redis)

高斯Redis是多線程架構(gòu)，內(nèi)部對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分片，在同數(shù)據(jù)分片內(nèi)保留序列化的隔離性級(jí)別，同時(shí)極大提高整體實(shí)例的并發(fā)能力。

2.3 持久性

社區(qū)版Redis

開源Redis是純內(nèi)存設(shè)計(jì)，不提供可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。掉電后數(shù)據(jù)丟失，即使開啟RDB或AOF，也只能在一定程度上挽回部分?jǐn)?shù)據(jù)，具體來(lái)看：

RDB方式會(huì)丟失部分?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)只能恢復(fù)到上次快照的時(shí)間

即使是AOF方式，持久性也存在問(wèn)題，從命令執(zhí)行到保存到硬盤之間，仍舊存在時(shí)間差

AOF方式恢復(fù)緩慢、維護(hù)文件龐大，維護(hù)管理成本都會(huì)非常高，重建時(shí)間也很長(zhǎng)

綜合來(lái)看，社區(qū)版Redis的持久化能力有限，不足以支持事務(wù)的持久性要求。

GaussDB(for Redis)

高斯Redis采用存算分離的設(shè)計(jì)理念，底層使用高性能分布式存儲(chǔ)池保存全量數(shù)據(jù)，結(jié)合RocksDB存儲(chǔ)引擎，可保證核心數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)，架構(gòu)圖：

GaussDB(for Redis)核心優(yōu)勢(shì)：

核心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：全量數(shù)據(jù)落盤，3副本冗余，不怕丟數(shù)據(jù)

高可用：秒級(jí)故障接管，即使N-1節(jié)點(diǎn)故障，全量數(shù)據(jù)也可用

低時(shí)延：自動(dòng)冷熱分離，亞毫秒級(jí)時(shí)延，能Hold緩存場(chǎng)景

高吞吐：全部節(jié)點(diǎn)可寫，QPS可水平擴(kuò)展，能抗流量高峰

強(qiáng)一致：3副本強(qiáng)一致同步，不會(huì)發(fā)生臟讀，業(yè)務(wù)免踩坑

秒擴(kuò)容：例如，8G到64G擴(kuò)容只需1秒，且對(duì)業(yè)務(wù)0影響

降成本：數(shù)據(jù)量越大價(jià)格越香，能夠真正幫用戶省成本

高斯Redis強(qiáng)大的持久化保障，支持核心數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)，也為事務(wù)的執(zhí)行提供了有力的保證。

2.4 一致性

從數(shù)據(jù)庫(kù)層面，數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)原子性、隔離性、持久性來(lái)保證一致性，可以說(shuō)在ACID中一致性是事務(wù)的目的，其他特性是手段。

如上文所述，開源Redis在原子性和持久性上都存在種種問(wèn)題，一致性自然也無(wú)法保障。在上述特性的保障下，不論是正常執(zhí)行還是存在命令失敗場(chǎng)景，高斯Redis事務(wù)都有可靠的一致性。

2.5 對(duì)比總結(jié)

通過(guò)上述介紹我們從事務(wù)的四大特性出發(fā)詳細(xì)地介紹了高斯Redis的事務(wù)，最后做一個(gè)總結(jié)：

3. 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，以Redis為代表的KV數(shù)據(jù)庫(kù)逐漸在越來(lái)越多的場(chǎng)景發(fā)揮作用，而高斯Redis作為華為云旗艦KV數(shù)據(jù)庫(kù)，可滿足企業(yè)核心數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)要求。

高斯Redis的事務(wù)能力相比社區(qū)版Redis有極大提升，在ACID事務(wù)的加持下，更可在“庫(kù)存”、“交易”等關(guān)鍵場(chǎng)景簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，帶來(lái)可靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。

4. 附錄

杭州/西安/深圳簡(jiǎn)歷投遞：yuwenlong4@huawei.com

產(chǎn)品資料導(dǎo)航：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/248875

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