高并發(fā)下Redis如何保持數據一致性(避免讀后寫)

更新時間：2022年03月18日 10:03:39 作者：grey256

本文主要介紹了高并發(fā)下Redis如何保持數據一致性(避免讀后寫)，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

“讀后寫”

通常意義上我們說讀后寫是指針對同一個數據的先讀后寫，且寫入的值依賴于讀取的值。

關于這個定義要拆成兩部分來看，一：同一個數據；二：寫依賴于讀。（記住這個拆分，后續(xù)會用到，記為定義一、定義二）只有當這兩部分都成立時，讀后寫的問題才會出現。

在項目中，當面對較多的并發(fā)時，使用redis進行讀后寫操作，是非常容易出問題的，常常使得程序不具備魯棒性，bug很難穩(wěn)定復現（得到的值往往跟并發(fā)數有關）。

舉個栗子：

存在A、B兩個進程，同時操作下面這段代碼：

$objRedis = new Redis();
//獲取key
$intNum ? = $objRedis->get('key');
if ($intNum == 1) {
? ? //如果key的值為1，則給key加1
? ? $bolRet ? = $objRedis->incr('key');

? ? //do something...
}

如果A進程先get到了key，而此時key的值為1；
同時，B進程此時也get到了key，同樣key值為1；
B進程運行的快，先進行了if判斷，發(fā)現滿足條件，于是對key進行了累加操作，此時key變成了2；
A進程對B進程修改了key這個操作茫然無知，所以當它繼續(xù)運行走到if判斷條件時，由于它get的key是1，因此也滿足條件，于是A進程也會對key進行累加操作，但是由于key已經被B進行累加過一次（key的值已經是2），因此當A再累加，key最終就變成了3。

實際上，代碼的本意是希望key為1時執(zhí)行一些操作，但當出現并發(fā)的時候，這段代碼很難滿足期望！
如果這樣的代碼出現在抽獎、秒殺等活動中，那就只能期望公司不會讓個人承擔損失了（汗）。
以上就是一個比較簡單的讀后寫的問題。

對于這段代碼其實很好解決，尤其是如果key的值本身沒有意義的時候：

$objRedis = new Redis();
//獲取key
$intNum   = $objRedis->incr('key');
if ($intNum == 1) {
    //do something...
}

以上代碼使用了incr原子型操作，限制了并發(fā)（相當于加鎖），就不會出現上述問題了。

但是，如果這個key如果是有意義的呢，那就不能隨意改變，這種情況我們該怎么辦？

詳細說明

下面我舉一個更具體的例子，然后從這個例子出發(fā)來拋幾塊磚（個人想的解決辦法），希望引出更多的玉。

例子如下：
有一個活動，需要根據用戶連續(xù)參與天數進行發(fā)獎，規(guī)則如下：

連續(xù)參與1-3天，每天額外獎勵10金幣；
連續(xù)參加4-7天，每天額外獎勵50金幣；
連續(xù)參加8-15天，每天額外獎勵100金幣；
連續(xù)參加15天以上，每天額外獎勵200金幣；

簡單思路（使用讀后寫）：

對每個用戶使用一個hash存儲，其中一個字段表示連續(xù)天數(‘sequence’)，另一個字段存儲最近參與日期(‘lastdate’)。
精簡版代碼如下：

$objRedis = new Redis();
//根據用戶ID，生成redis的key
$strRedisKey = 'activity_' . $intUid;
//從Hash中獲取最近參與時間
$mixDate ? ? = $objRedis->HGET($strRedisKey, 'lastdate');

$intLastDate ?= intval($mixDate);
$intYesterDay = intval(date("Ymd", strtotime("-1 day")));
$intCurrDate ?= intval(date('Ymd'));
$intNum ? ? ? = 0;//連續(xù)天數
if ($intCurrDate == $intLastDate) {
? ? //今天已經參與過，直接跳過
? ? return;
} elseif ($intLastDate == $intYesterDay) {
? ? //日期連續(xù)，增加連續(xù)天數
? ? $intNum = $objRedis->HINCRBY($strRedisKey, 'sequence', 1);
? ? if ($intNum > 0) {
? ? ? ? //將最近參與時間設置為當天
? ? ? ? $objRedis->HSET($strRedisKey, 'lastdate', $intCurrDate);
? ? }
} else {
? ? //日期不連續(xù)，設置連續(xù)天數為1，最近參與時間為當天
? ? $intNum = 1;
? ? $objRedis->HMSET($strRedisKey, 'sequence', $intNum, 'lastdate', $intCurrDate);
}

//do something(根據$intNum發(fā)放金幣等操作)...

很明顯，這也是一個讀后寫的方法——先獲取最近參與日期，再根據條件修改最近參與日期（定義一二都被滿足了），這個方法在高并發(fā)的時候很有可能會導致連續(xù)天數的錯誤累加。

那么，這個例子如何避免讀后寫呢？
方法其實有很多，這里先舉兩個：

方法1：

通過使定義一或二不成立，從而使得讀后寫的問題不存在。

按日期進行存儲——將redis的key按日期進行劃分，比如用戶ID為123的key從redis_123變?yōu)閞edis_123_20171225。這樣的話，其實相當于避免了讀寫同一份數據。
代碼如下：

$objRedis = new Redis();
//根據用戶ID，生成redis的key
$strCurrRedisKey = 'activity_' . $intUid . '_' . date('Ymd');
//從Hash中獲取最近參與時間
$mixNum ? ? ? ? ?= $objRedis->GET($strCurrRedisKey);

$intNum = 0;//連續(xù)天數
if (is_null($mixNum)) {
? ? //當天還沒被處理過，查找前一天的記錄
? ? $strLastRedisKey = 'activity_' . $intUid . '_' . intval(date("Ymd", strtotime("-1 day")));
? ? $mixLastNum ? ? ?= $objRedis->GET($strLastRedisKey);
? ? //計算連續(xù)天數
? ? $intNum = intval($mixLastNum) + 1;
? ? //設置當天的連續(xù)天數，并給這個key一周的過期時間
? ? $objRedis->SETEX($strCurrRedisKey, 604800, $intNum);
} else {
? ? //今天已經操作了，直接返回
? ? return;
}

//do something(根據$intNum發(fā)放金幣等操作)...

這個思路是通過讀昨天的數據后修改今天的數據，來達到避免對同一份數據讀后寫的目的的（使得定義一不成立，從而消除讀后寫的問題）。
這里雖然在最開始的時候也讀取了今天的數據，但由于最后對今天的數據的修改只依賴于昨天的數據（今天的數據=昨天數據+1），而不依賴于讀到的今天的數據，所以也就沒有讀后寫的問題了（所以也可以看作是使定義二不成立）。

方法2：

限制并發(fā)。

方法一是使定義一或二不成立，從而解決讀后寫的問題。這里就不再在定義一或二上做文章了，下面換一個思路。
讀后寫歸根結底其實還是并發(fā)下才會出現問題。因此這里介紹一個釜底抽薪的方法，限制并發(fā)！
一說到限制并發(fā)，可能第一反應就是加鎖，自己在代碼中加鎖當然是一種辦法，但是相對來說成本還是高一些（如何加鎖可以參考我之前的一篇博文《用redis實現悲觀鎖》），這里就不再贅述。
其實讀后寫，最基本也是最簡單的拆分方式是——讀和寫，那么釜底抽薪的辦法就是能不能不讀，只寫！
實現思路就是只用一個key來存儲連續(xù)天數+當前日期，然后使用原子型操作來寫。一說到原子型操作，在redis中第一反應就是incr。那么順著這個思路，我們怎么利用incr來操作呢？
其實關鍵是設計一個存儲方式，滿足既能存放連續(xù)天數，又能存放當前日期，還能使得這個值多次incr而不影響本身數據。這里說下我的設計方法：將一個12位的整數值看作是一個分段有意義的值，連續(xù)天數用最高的2位表示（因業(yè)務自定義），中間8位代表日期（如20171225），最后2位用于計數（無實際意義），比如：

將012017122523拆分成：
01|20171225|23
分別代表：連續(xù)天數|最近參與日期|計數

其中計數，這個字段是為了在利用incr時限制并發(fā)的。
示意代碼如下：

$objRedis ? ?= new Redis();
//根據用戶ID，生成redis的key
$strRedisKey = 'activity_' . $intUid;
//從Hash中獲取最近參與時間
$intVal ? ? ? = intval($objRedis->INCR($strRedisKey));
$intCnt ? ? ? = $intVal % 100;//獲取計數
$intLastDate ?= ($intVal - $intCnt) % 100000000;//獲取最近參與日期
$intNum ? ? ? = intval($intVal / 10000000000);//連續(xù)天數
$intYesterDay = intval(date("Ymd", strtotime("-1 day")));//昨天的日期
$intCurrDate ?= intval(date('Ymd'));//今天的日期

if ($intCurrDate == $intLastDate) {
? ? //今天已經操作了
? ? if ($intCnt > 90) {
? ? ? ? //重置計數，防止超過給定范圍（最大99）
? ? ? ? $objRedis->SET($strRedisKey, $intNum * 10000000000 + $intCurrDate * 100 + 1);
? ? }
? ? return;
} elseif ($intYesterDay == $intLastDate) {
? ? //日期連續(xù)，計算連續(xù)天數
? ? $intNum += 1;
} else {
? ? //日期不連續(xù)，重置連續(xù)天數
? ? $intNum = 1;
}
//更新連續(xù)天數及當前日期
$objRedis->SET($strRedisKey, $intNum * 10000000000 + $intCurrDate * 100 + 1);

//do something(根據$intNum發(fā)放金幣等操作)...

只要涉及到數據讀、寫，就會有數據一致性問題，mysql中可以通過事務、鎖（FOR UPDATE）等來保證一致性，而redis也可以根據業(yè)務需求設計不同的讀寫方式來實現（redis的事務真心不太好用）。這里拋出兩種redis克服讀后寫問題的思路，希望能起到引玉的作用！

到此這篇關于高并發(fā)下Redis如何保持數據一致性(避免讀后寫)的文章就介紹到這了,更多相關Redis 數據一致性內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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