高并发原子性操作（ Redis+Lua）

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一、什么是lua ?

Lua 是一个简洁、轻量、可扩展的脚本语言，它的特性有：

• 轻量：源码包只有核心库，编译后体积很小。
• 高效：由C编写的，启动快、运行快。
• 内嵌：可内嵌到各种编程语言或系统中运行，提升静态语言的灵活性。

二、Redis为什么要使用LUA ？

1. 原子性：将redis的多个操作合成一个脚本，然后整体执行，在脚本的执行中，不会出现资源竞争的情况。
2. 减少网络通信：把多个命令合成一个lua脚本，redis统一执行脚本。
3. 复用性：client发送的脚本会永久存储在redis中，这意味着其他客户端可以复用这一脚本来完成同样的逻辑。

三、lua的语法入门

EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]
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• script： 参数是一段 Lua脚本程序。脚本不必(也不应该)定义为一个Lua函数。
• numkeys： 用于指定key参数的个数。
• key [key ...]： 代表redis的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，这些键名参数可以通过全局变量 KEYS 数组，用1为基址的形式访问( KEYS[1] ，KEYS[2]，依次类推)。
• arg [arg ...]： 代表lua的入参，在Lua中通过全局变量ARGV数组访问，访问的形式和KEYS变量类似( ARGV[1] 、 ARGV[2] ，诸如此类)。

  • 特别注意：lua的数组坐标不是从0开始，是从1开始！

四、Redis管理Lua脚本 

127.0.0.1:6379> script load "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}"
"a42059b356c875f0717db19a51f6aaca9ae659ea"
127.0.0.1:6379> script exists a42059b356c875f0717db19a51f6aaca9ae659ea
1) (integer) 1
127.0.0.1:6379>
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127.0.0.1:6379> EVALSHA  a42059b356c875f0717db19a51f6aaca9ae659ea 2  key1 key2 ljw1 ljw2
1) "key1"
2) "key2"
3) "ljw1"
4) "ljw2"
127.0.0.1:6379> EVAL  "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2  key1 key2 ljw1 ljw2
1) "key1"
2) "key2"
3) "ljw1"
4) "ljw2"
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127.0.0.1:6379>  script kill
(error) NOTBUSY No scripts in execution right now.
127.0.0.1:6379> script flush
OK
127.0.0.1:6379> script exists a42059b356c875f0717db19a51f6aaca9ae659ea
1) (integer) 0
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对以上脚本的详细说明：

1. eval为redis的关键字
2. 双引号的内容代表lua脚本
3. 2代表numkeys参数的个数，即有多少个key
4. key1 和 key2代表 KEYS[1],KEYS[2]的入参
5. ljw1 ljw2 是ARGV[1],ARGV[2]的入参

五、案例分析

修改用户名称，如果用户不存在redis中，则新增，存在则修改

    /**
     * 修改用户名称
     * @param uid 用户id
     * @param uname 用户名称
     */
    @GetMapping(value = "/updateUser")
    public void updateUser(Integer uid,String uname) {
        String key="user:"+uid;
        //优化点：第一次发送redis请求
        String old=this.stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);
        if(StringUtils.isEmpty(old)){
            //优化点：第二次发送redis请求
            this.stringRedisTemplate.opsForValue().set(key,uname);
            return;
        }
        if(old.equals(uname)){
            log.info("{}不用修改", key);
        }else{
            log.info("{}从{}修改为{}", key,old,uname);
            //优化点：第二次发送redis请求
            this.stringRedisTemplate.opsForValue().set(key,uname);
        }

    }
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问题分析

以上代码，看似简单，但是在高并发的情况下，还是有一点性能瓶颈，在性能方面主要是发送了2次redis请求。

那如何优化呢？

我们可以采用lua技术，把2次redis请求合成一次。

方案优化：lua脚本

-- 成功设置返回1 没设置返回0
-- 如果redis没找到，就直接写进去
if redis.call('get', KEYS[1]) == nil then
   redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1]);
   return 1
end
-- 如果旧值不等于新值，就把新值设置进去
if redis.call('get', KEYS[1]) ~= ARGV[1]  then
   redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1]);
   return 1
else
   return 0
end
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linux命令行执行lua脚本

把以上代码保存为compareAndSet.lua

##要在linux环境中执行命令，window中获取不了KEYS, ARGV
./redis-cli  --eval compareAndSet.lua user:101 , ljw101
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1. --eval 告诉redis-cli 要执行后面的lua脚本，compareAndSet.lua脚本的目录位置
2. user:101 是redis要操作的key，在lua脚本中用KEYS[1]就能拿到
3. "," 逗号后面的ljw101 是lua的参数，lua脚本中用ARGV[1]就能拿到
4. 与redis-cli中不同，此处不需要指定KEYS的数量，但是需要用英文逗号隔开KEYS和ARGV参数，逗号前后至少保留1个空格，否则报错

注意： ","两边的空格不能省略，否则报错，要在linux环境中执行，window中获取不了KEYS, ARGV

执行效果如下：

[root@node2 src]# ./redis-cli  --eval compareAndSet.lua user:101 , ljw101
(integer) 1  //第一次执行，redis没找到，就把值设置进去
[root@node2 src]# ./redis-cli  --eval compareAndSet.lua user:101 , ljw101
(integer) 0  //第二次执行，旧值和新值相同，返回0
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SpringBoot整合lua脚本

步骤1：编写lua文件，并存储于resources/lua

把以下内容存储于resources/lua/compareAndSet.lua

-- 成功设置返回1 没设置返回0
-- 如果redis没找到，就直接写进去
if redis.call('get', KEYS[1]) == nil then
   redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1]);
   return 1
end
-- 如果旧值不等于新值，就把新值设置进去
if redis.call('get', KEYS[1]) ~= ARGV[1]  then
   redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1]);
   return 1
else
   return 0
end
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步骤2：创建lua脚本对象

创建DefaultRedisScript对象，用于存放lua脚本，把resources/lua/compareAndSet.lua脚本内容，存储在DefaultRedisScript对象里面。

@Configuration
public class LuaConfiguration {
  @Bean
    public DefaultRedisScript<Long> compareAndSetScript() {
        DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
        redisScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("lua/compareAndSet.lua")));
        redisScript.setResultType(Long.class);
        return redisScript;
    }
}
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步骤3：SpringBoot执行lua脚本

@Resource
private DefaultRedisScript<Long> compareAndSetScript;

@GetMapping(value = "/updateuserlua")
public void updateUserLua(Integer uid,String uname) {
    String key="user:"+uid;
    //设置redis的key
    List<String> keys = Arrays.asList(key);
    //执行lua脚本，execute方法有3个参数，第一个参数是lua脚本对象，第二个是key列表，第三个是lua的参数数组
    Long n = this.stringRedisTemplate.execute(this.compareAndSetScript, keys, uname);
    if (n == 0) {
        log.info("{}不用修改", key);
    } else {
        log.info("{}修改为{}", key,uname);
    }
}
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步骤4：体验

http://127.0.0.1:8080/doc.html

2021-11-03 15:50:25.145  INFO 11160 --- [nio-9090-exec-1] c.a.r.c.CompareAndSetController          : user:1002修改为ljw
2021-11-03 15:50:45.538  INFO 11160 --- [nio-9090-exec-3] c.a.r.c.CompareAndSetController          : user:1002不用修改
2021-11-03 15:50:49.248  INFO 11160 --- [nio-9090-exec-2] c.a.r.c.CompareAndSetController          : user:1002不用修改
2021-11-03 15:51:59.796  INFO 11160 --- [nio-9090-exec-5] c.a.r.c.CompareAndSetController          : user:1002修改为ljw-hello
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redis分布式缓存系列

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• redis分布式缓存（三）一一 SpringBoot集成Mybatis-Plus,Redis和Swagger
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