面试题：Redis如何实现固定窗口限流中的原子性保障

Question

在Redis固定窗口限流场景下，简述如何利用Redis的特性来保障并发处理时的原子性，举例说明可能用到的命令。

Answer 1

利用Redis特性保障并发处理原子性的方法

1. Redis单线程特性：Redis是单线程模型，这意味着同一时间只有一个命令在执行，所以在执行限流逻辑时，只要将相关操作作为一个整体交给Redis执行，就能保证原子性。
2. 使用事务（Multi - Exec）：通过MULTI命令开启事务，将一系列限流操作（如计数、判断、更新等）放入事务中，最后用EXEC命令提交事务。在事务执行期间，Redis会将这些命令按顺序依次执行，不会被其他客户端的命令打断，从而保证了原子性。
3. 使用Lua脚本：Redis支持执行Lua脚本，Lua脚本在Redis中也是原子执行的。将限流逻辑写成Lua脚本，然后使用EVAL或EVALSHA命令执行脚本。因为脚本内的所有操作在Redis内部是作为一个整体执行的，所以可以确保原子性。

可能用到的命令示例

1. INCR命令：用于对指定键的值进行原子性递增。在限流场景中，可以用来记录当前窗口内的请求次数。例如，每次请求到达时，执行INCR key，key代表当前限流窗口的计数键。
2. EXPIRE命令：用于设置键的过期时间。在限流场景中，结合窗口时间设置计数键的过期时间，以实现固定窗口限流。例如，设置计数键key在60秒后过期，执行EXPIRE key 60。
3. MULTI、EXEC命令：如前面所述，开启事务和提交事务。示例：

MULTI
INCR key
GET key
EXEC

这里先使用INCR递增计数，然后用GET获取当前计数，整个过程是原子的。 4. EVAL命令：执行Lua脚本。假设Lua脚本实现了限流逻辑（检查计数、判断是否超过限制、更新计数等），示例：

EVAL "local current = redis.call('INCR', KEYS[1]); if current == 1 then redis.call('EXPIRE', KEYS[1], ARGV[1]); end; if current > tonumber(ARGV[2]) then return 0; else return 1; end" 1 key 60 10

其中KEYS[1]是计数键key，ARGV[1]是窗口时间60秒，ARGV[2]是限流阈值10。该脚本实现了限流逻辑，并保证了原子性。