面试题：Redis事务中WATCH命令的作用及底层实现原理是什么

Question

请详细阐述Redis事务中WATCH命令在保证数据一致性方面的作用，并且说明它在底层是如何实现对数据的监控，当被监控数据发生变化时，Redis是如何处理事务的？

Answer 1

WATCH命令在保证数据一致性方面的作用

1. 乐观锁机制：WATCH命令为Redis事务提供了乐观锁机制。在多客户端并发访问的场景下，它可以确保在事务执行期间，被监控的数据没有被其他客户端修改。如果在事务执行前，被监控的数据发生了变化，那么事务将不会执行，从而避免了数据冲突，保证了数据一致性。
2. 多步操作一致性：在一些需要基于当前数据状态进行多步操作的场景中，例如先读取数据，然后根据读取的数据进行计算再写入新数据。使用WATCH可以保证在读取数据到事务执行这段时间内，数据没有被其他客户端修改，使得整个多步操作基于相同的数据状态，进而保证了数据一致性。

底层对数据监控的实现

1. 数据结构：Redis使用了一个叫做watched_keys的字典来记录被监控的键。这个字典以客户端为键，以该客户端所监控的键的集合为值。当客户端执行WATCH key1 key2...命令时，Redis会将这些键添加到该客户端对应的watched_keys集合中。
2. 触发监控：每次对数据库进行写操作（如SET、DEL等命令）时，Redis不仅会执行写操作，还会检查watched_keys字典。如果发现有客户端监控了即将被修改的键，那么Redis会将这些客户端标记为脏（dirty），意味着这些客户端的事务可能会因为数据变化而无法执行。

被监控数据变化时Redis对事务的处理

1. 事务队列正常入队：当被监控的数据发生变化后，执行MULTI命令时，事务的命令仍然会正常入队，因为此时Redis还不知道事务最终是否能执行成功。
2. EXEC执行判断：当执行EXEC命令时，Redis会检查客户端是否为脏状态。如果客户端被标记为脏，说明被监控的数据在事务开始后发生了变化，那么EXEC命令将返回nil，事务中的所有命令都不会被执行，从而保证了数据的一致性。而如果客户端没有被标记为脏，那么事务中的命令会按照顺序依次执行。