面试题：缓存设计之高级难度：Redis事务与Lua脚本原子性实现原理及对比

Question

详细阐述Redis事务和Lua脚本各自是如何保证原子性的，它们在实现原理上有哪些不同点？在高并发的缓存读写场景下，哪一种方式更具优势，为什么？

Answer 1

Redis事务保证原子性原理

1. 命令入队：在Redis事务中，使用MULTI命令开启事务后，后续的命令不会立即执行，而是被放入一个队列中。
2. 统一执行：当执行EXEC命令时，Redis会按顺序依次执行队列中的所有命令。在执行过程中，Redis不会被其他客户端的命令打断，从而保证了事务内命令执行的原子性。即使在事务执行过程中Redis服务器发生故障，已执行的事务命令也不会回滚（Redis没有提供自动回滚机制，需开发者自行处理）。
3. 错误处理：如果在命令入队阶段发生错误（例如命令语法错误），则整个事务会被取消，不会执行。但如果是在EXEC执行阶段发生错误，已执行的命令不会回滚，未执行的命令会继续执行。

Lua脚本保证原子性原理

1. 单线程执行：Redis使用单线程模型来处理命令，Lua脚本也在这个单线程环境中执行。当Redis接收到一个Lua脚本执行请求时，它会暂停其他命令的处理，直到Lua脚本执行完毕。这确保了Lua脚本中的所有操作都是原子性的，因为在脚本执行期间不会有其他命令插入执行。
2. 内置函数原子性：Lua脚本中调用的Redis内置函数本身也是原子性的。例如SET、GET等命令，在Lua脚本环境中执行时，由于单线程的特性，不会被其他操作干扰。

两者实现原理不同点

1. 执行方式：
   • Redis事务：通过命令入队和统一执行的方式来保证原子性，在MULTI和EXEC之间的命令只是被缓存，并没有实际执行。
   • Lua脚本：Lua脚本是在单线程环境下一次性执行完整个脚本，脚本中的命令立即执行。
2. 错误处理：
   • Redis事务：入队阶段错误会取消整个事务，执行阶段错误不回滚已执行命令。
   • Lua脚本：如果Lua脚本执行过程中发生错误，整个脚本会停止执行，不会部分执行。
3. 灵活性：
   • Redis事务：只能包含Redis自身的命令，逻辑相对简单。
   • Lua脚本：可以使用Lua语言的各种特性，如循环、条件判断等，实现更复杂的业务逻辑。

高并发缓存读写场景下的优势

1. Lua脚本更具优势：
   • 原子性更严格：Lua脚本基于单线程执行，能更严格地保证操作的原子性，不会出现部分执行的情况，在高并发下能更好地避免数据竞争问题。
   • 执行效率高：Redis事务需要先将命令入队，再统一执行，存在一定的延迟。而Lua脚本一次性执行，减少了网络开销和命令排队的时间，在高并发场景下性能更好。
   • 复杂逻辑处理能力强：高并发缓存读写场景往往需要复杂的逻辑，如根据缓存状态进行不同操作，Lua脚本可以利用Lua语言的特性轻松实现，而Redis事务实现复杂逻辑较为困难。