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Redis Lua脚本完全入门

Redis Lua脚本完全入门

作者: 码农小胖哥 | 来源:发表于2020-10-19 08:54 被阅读0次

    1. 前言

    Redis是高性能的KV内存数据库,除了做缓存中间件的基本作用外还有很多用途,比如胖哥以前分享的Redis GEO地理位置信息计算。Redis提供了丰富的命令来供我们使用以实现一些计算。Redis的单个命令都是原子性的,有时候我们希望能够组合多个Redis命令,并让这个组合也能够原子性的执行,甚至可以重复使用,在软件热更新中也有一席之地。Redis开发者意识到这种场景还是很普遍的,就在2.6版本中引入了一个特性来解决这个问题,这就是Redis执行Lua脚本。

    2. Lua

    Lua也算一门古老的语言了,玩魔兽世界的玩家应该对它不陌生,WOW的插件就是用Lua脚本编写的。在高并发的网络游戏中Lua大放异彩被广泛使用。

    Lua广泛作为其它语言的嵌入脚本,尤其是C/C++,语法简单,小巧,源码一共才200多K,这可能也是Redis官方选择它的原因。

    另一款明星软件Nginx也支持Lua,利用Lua也可以实现很多有用的功能。

    3. Lua并不难

    Redis 官方指南也指出不要在Lua脚本中编写过于复杂的逻辑。

    为了实现一个功能就要学习一门语言,这看起来就让人有打退堂鼓的感觉。其实Lua并不难学,而且作为本文的场景来说我们不需要去学习Lua的完全特性,要在Redis中轻量级使用Lua语言。这对掌握了Java这种重量级语言的你来说根本不算难事。这里胖哥只对Redis中的涉及到的基本语法说一说。

    Lua 的简单语法

    Lua在Redis脚本中我个人建议只需要使用下面这几种类型:

    1. nil
    2. boolean 布尔值
    3. number 数字
    4. string 字符串
    5. table

    声明类型

    声明类型非常简单,不用携带类型。

    --- 全局变量 
    name = 'felord.cn'
    --- 局部变量
    local age = 18
    

    Redis脚本在实践中不要使用全局变量,局部变量效率更高。

    table 类型

    前面四种非常好理解,第五种table需要简单说一下,它既是数组又类似Java中的HashMap(字典),它是Lua中仅有的数据结构。

    数组不分具体类型,演示如下

    Lua 5.1.5  Copyright (C) 1994-2012 Lua.org, PUC-Rio
    > arr_table = {'felord.cn','Felordcn',1}
    > print(arr_table[1])
    felord.cn
    > print(arr_table[3])
    1
    > print(#arr_table)
    3
    

    作为字典:

    Lua 5.1.5  Copyright (C) 1994-2012 Lua.org, PUC-Rio
    > arr_table = {name = 'felord.cn', age = 18}
    > print(arr_table['name'])
    felord.cn
    > print(arr_table.name)
    felord.cn
    > print(arr_table[1])
    nil
    > print(arr_table['age'])
    18
    > print(#arr_table)
    0
    

    混合模式:

    Lua 5.1.5  Copyright (C) 1994-2012 Lua.org, PUC-Rio
    > arr_table = {'felord.cn','Felordcn',1,age = 18,nil}
    > print(arr_table[1])
    felord.cn
    > print(arr_table[4])
    nil
    > print(arr_table['age'])
    18
    > print(#arr_table)
    3
    

    # 取table的长度不一定精准,慎用。同时在Redis脚本中避免使用混合模式的table,同时元素应该避免包含空值nil。在不确定元素的情况下应该使用循环来计算真实的长度。

    判断

    判断非常简单,格式为:

    local a = 10
    if a < 10  then
        print('a小于10')
    elseif a < 20 then
        print('a小于20,大于等于10')
    else
        print('a大于等于20')
    end
    

    数组循环

    local arr = {1,2,name='felord.cn'}
    
    for i, v in ipairs(arr) do
        print('i = '..i)
        print('v = '.. v)
    end
    
    print('-------------------')
    
    for i, v in pairs(arr) do
        print('p i = '..i)
        print('p v = '.. v)
    end
    

    打印结果:

    i = 1
    v = 1
    i = 2
    v = 2
    -----------------------
    p i = 1
    p v = 1
    p i = 2
    p v = 2
    p i = name
    p v = felord.cn
    

    返回值

    像Python一样,Lua也可以返回多个返回值。不过在Redis的Lua脚本中不建议使用此特性,如果有此需求请封装为数组结构。在Spring Data Redis中支持脚本的返回值规则可以从这里分析:

    public static ReturnType fromJavaType(@Nullable Class<?> javaType) {
    
       if (javaType == null) {
          return ReturnType.STATUS;
       }
       if (javaType.isAssignableFrom(List.class)) {
          return ReturnType.MULTI;
       }
       if (javaType.isAssignableFrom(Boolean.class)) {
          return ReturnType.BOOLEAN;
       }
       if (javaType.isAssignableFrom(Long.class)) {
          return ReturnType.INTEGER;
       }
       return ReturnType.VALUE;
    }
    

    胖哥在实践中会使用 ListBooleanLong三种,避免出现幺蛾子。

    到此为止Redis Lua脚本所需要知识点就完了,其它的函数、协程等特性也不应该在Redis Lua脚本中出现,用到内置函数的话搜索查询一下就行了。

    在接触一门新的技术时先要中规中矩的使用,如果你想玩花活就意味着更高的学习成本。

    4. Redis中的Lua

    接下来就是Redis Lua脚本的实际操作了。

    EVAL命令

    Redis中使用EVAL命令来直接执行指定的Lua脚本。

    EVAL luascript numkeys key [key ...] arg [arg ...]
    
    • EVAL 命令的关键字。
    • luascript Lua 脚本。
    • numkeys 指定的Lua脚本需要处理键的数量,其实就是 key数组的长度。
    • key 传递给Lua脚本零到多个键,空格隔开,在Lua 脚本中通过 KEYS[INDEX]来获取对应的值,其中1 <= INDEX <= numkeys
    • arg是传递给脚本的零到多个附加参数,空格隔开,在Lua脚本中通过ARGV[INDEX]来获取对应的值,其中1 <= INDEX <= numkeys

    接下来我简单来演示获取键hello的值得简单脚本:

    127.0.0.1:6379> set hello world
    OK
    127.0.0.1:6379> get hello
    "world"
    127.0.0.1:6379> EVAL "return redis.call('GET',KEYS[1])" 1 hello
    "world"
    127.0.0.1:6379> EVAL "return redis.call('GET','hello')"
    (error) ERR wrong number of arguments for 'eval' command
    127.0.0.1:6379> EVAL "return redis.call('GET','hello')" 0
    "world"
    

    从上面的演示代码中发现,KEYS[1]可以直接替换为hello,但是Redis官方文档指出这种是不建议的,目的是在命令执行前会对命令进行分析,以确保Redis Cluster可以将命令转发到适当的集群节点

    numkeys无论什么情况下都是必须的命令参数。

    call函数和pcall函数

    在上面的例子中我们通过redis.call()来执行了一个SET命令,其实我们也可以替换为redis.pcall()。它们唯一的区别就在于处理错误的方式,前者执行命令错误时会向调用者直接返回一个错误;而后者则会将错误包装为一个我们上面讲的table表格:

    127.0.0.1:6379> EVAL "return redis.call('no_command')" 0
    (error) ERR Error running script (call to f_1e6efd00ab50dd564a9f13e5775e27b966c2141e): @user_script:1: @user_script: 1: Unknown Redis command called from Lua script
    127.0.0.1:6379> EVAL "return redis.pcall('no_command')" 0
    (error) @user_script: 1: Unknown Redis command called from Lua script
    

    这就像Java遇到一个异常,前者会直接抛出一个异常;后者会把异常处理成JSON返回。

    值转换

    由于在Redis中存在Redis和Lua两种不同的运行环境,在Redis和Lua互相传递数据时必然发生对应的转换操作,这种转换操作是我们在实践中不能忽略的。例如如果Lua脚本向Redis返回小数,那么会损失小数精度;如果转换为字符串则是安全的。

    127.0.0.1:6379> EVAL "return 3.14" 0
    (integer) 3
    127.0.0.1:6379> EVAL "return tostring(3.14)" 0
    "3.14"
    

    根据胖哥经验传递字符串、整数是安全的,其它需要你去仔细查看官方文档并进行实际验证

    原子执行

    Lua脚本在Redis中是以原子方式执行的,在Redis服务器执行EVAL命令时,在命令执行完毕并向调用者返回结果之前,只会执行当前命令指定的Lua脚本包含的所有逻辑,其它客户端发送的命令将被阻塞,直到EVAL命令执行完毕为止。因此LUA脚本不宜编写一些过于复杂了逻辑,必须尽量保证Lua脚本的效率,否则会影响其它客户端。

    脚本管理

    SCRIPT LOAD

    加载脚本到缓存以达到重复使用,避免多次加载浪费带宽,每一个脚本都会通过SHA校验返回唯一字符串标识。需要配合EVALSHA命令来执行缓存后的脚本。

    127.0.0.1:6379> SCRIPT LOAD "return 'hello'"
    "1b936e3fe509bcbc9cd0664897bbe8fd0cac101b"
    127.0.0.1:6379> EVALSHA 1b936e3fe509bcbc9cd0664897bbe8fd0cac101b 0
    "hello"
    

    SCRIPT FLUSH

    既然有缓存就有清除缓存,但是遗憾的是并没有根据SHA来删除脚本缓存,而是清除所有的脚本缓存,所以在生产中一般不会再生产过程中使用该命令。

    SCRIPT EXISTS

    以SHA标识为参数检查一个或者多个缓存是否存在。

    127.0.0.1:6379> SCRIPT EXISTS 1b936e3fe509bcbc9cd0664897bbe8fd0cac101b  1b936e3fe509bcbc9cd0664897bbe8fd0cac1012
    1) (integer) 1
    2) (integer) 0
    

    SCRIPT KILL

    终止正在执行的脚本。但是为了数据的完整性此命令并不能保证一定能终止成功。如果当一个脚本执行了一部分写的逻辑而需要被终止时,该命令是不凑效的。需要执行SHUTDOWN nosave在不对数据执行持久化的情况下终止服务器来完成终止脚本。

    其它一些要点

    了解了上面这些知识基本上可以满足开发一些简单的Lua脚本了。但是实际开发中还是有一些要点的。

    • 务必对Lua脚本进行全面测试以保证其逻辑的健壮性,当Lua脚本遇到异常时,已经执行过的逻辑是不会回滚的。
    • 尽量不使用Lua提供的具有随机性的函数,参见相关官方文档。
    • 在Lua脚本中不要编写function函数,整个脚本作为一个函数的函数体。
    • 在脚本编写中声明的变量全部使用local关键字。
    • 在集群中使用Lua脚本要确保逻辑中所有的key分到相同机器,也就是同一个插槽(slot)中,可采用Redis Hash Tag技术。
    • 再次重申Lua脚本一定不要包含过于耗时、过于复杂的逻辑。

    5. 总结

    本文对Redis Lua脚本的场景以及Redis Lua脚本所需要的Lua编程语法进行了详细的讲解和演示,也对Redis Lua脚本在实际开发中需要注意的一些要点进行了分享。希望能够帮助你掌握此技术。今天的分享就到这里,下次我将分享如何在实际Redis开发中使用Lua脚本,所以这一篇一定要进行掌握。多多关注:码农小胖哥 获取更多编程知识干货。

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