redis为什么会发生并发安全问题？

在redis中，处理的数据都在内存中，数据操作效率极高，单线程的情况下，qps轻松破10w。反而在使用多线程时，为了保证线程安全，采用了一些同步机制，以及多线程的上下文切换，却对性能造成了一定的影响。
如此看来，在单线程模式下，redis的性能比较高，且可以避免多线程情况下的线程安全问题。但是在redis使用过程中，线程安全问题依旧存在，此话怎讲呢？
线程安全，是站在reids的角度来说的，redis使用单线程模型，是不存在线程安全问题的，以为他只有一个线程，不存在多线程间数据的共享，俗话说没有共享就没有伤害。
而线程不安全，是站在客户端的角度说的，redis是只有一个线程在工作，但是客户单端却是有成千上万个的，对于客户端来说，redis是被共享的资源，所以对于客户端来说依旧存在线程安全问题,
举例：
1.商品库存开始为10，此时客户端A和客户端B，同时下单扣减库存。
2.两个客户端从redis获取到当前库存数为10。
3.两个客户端在本地将库存数减1，然后写回redis。
4，此时redis中存库数为9，正常情况下应该是8，造成超卖问题。

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读库存和写库存操作，在redis中是单线程执行的，是原子性的，但是整个扣减库存的操作却不是原子性的，这也是出现线程不安全的根本原因。

对于解决这个问题，redis提供了一些复合命令，将多个操作合并成一个操作命令，此时这个复合命令就变成一个原子操作，也就不会再出现上述的线程安全问题了。如果需要实现简单的原子性操作，则可以使用Redis的单个指令，例如SET、GET、DEL等来实现；如果需要实现复杂数据结构的操作，则可以考虑使用Redis事务、Lua脚本来实现。

Redis的事务模型

在Redis中，事务是通过MULTI、EXEC、WATCH、UNWATCH等指令来实现的。在MULTI指令开始执行事务之前，客户端发送的每个指令都不会立即执行，而是被缓存到一个队列中，直到EXEC指令被执行时，所有缓存的指令才一起被执行。这种模型被称为乐观锁，因为在执行事务期间，Redis并不会对被监控的数据进行加锁，而是在执行EXEC指令时进行条件检查，如果检查失败，则事务执行失败。这种设计可以减少锁的竞争，提高Redis的并发性能。

流程如下：
1、开启事务：MULTI
客户端要使用一个命令显式地表示一个事务的开启。在Redis中，这个命令就是MULTI。
2、指令入队（暂时不执行）
客户端把事务中本身要执行的具体操作（例如增删改数据）发送给服务器端。这些操作就是Redis本身提供的数据读写命令，例如GET、SET等。不过，这些命令虽然被客户端发送到了服务器端，但Redis实例只是把这些命令暂存到一个命令队列中，并不会立即执行。
3、执行指令：EXEC
客户端向服务器端发送提交事务的命令，让数据库实际执行第二步中发送的具体操作。Redis 提供的EXEC命令就是执行事务提交的。当服务器端收到EXEC命令后，才会实际执行命令队列中的所有命令

Redis对于事务操作的支持比较局限，最大的不足是不支持回滚。执行事务时，Redis将这些命令依次执行，如果有一条命令执行失败，就会导致整个事务的失败，但不能回滚已经执行成功的命令

在Redis的事务模型中，由于不会对被监控的数据进行加锁，因此如果事务执行失败，只能够通过执行一系列的逆操作来恢复数据状态，而无法直接回滚事务。这是因为对于一些操作，例如INCRBY、RPUSH、SUNION、ZUNIONSTORE等，Redis并没有提供对应的逆操作。因此，如果使用Redis来实现复杂的事务操作，可能需要自己实现回滚逻辑，这会增加开发和维护的复杂度。

Lua脚本

基本原理为使脚本相当于一个redis命令，可以结合redis原有命令，自定义脚本逻辑

如何在redis中使用lua脚本，可以参考https://redis.io/commands/eval/

Lua脚本之所以可以保证线程安全，是因为我们可以把多个操作写成一个 lua 脚本，使其具备原子性，作为一个整体执行。再由于 redis 是单线程模型，不同线程的 lua 脚本是依次执行的。也就是说，只有一个线程原子性的多个操作执行完，下一个线程才可以执行。实际上也是保证了在 redis 内部不同线程操作的串行执行，从而能够解决并发安全问题。
【简单来说，就是lua脚本包括业务的多个操作，使得整个业务成为一个整体，执行时相当于把整个lua脚本当成一个redis指令】

Lua脚本的优点

1.lua脚本是作为一个整体执行的，所以中间不会被其他命令插入，无需担心并发;

2.lua脚本把多条命令一次性打包，而代码实现的事务需要向Redis发送多次请求，所以可以有效减少网络开销;

3.lua脚本可以常驻在redis内存中，所以在使用的时候，可以直接拿来复用。

redis事务和Lua两者相同点：

很好的实现了一致性、隔离性和持久性，但没有实现原子性，无论是redis事务，还是lua脚本，如果执行期间出现运行错误，之前的执行过的命令是不会回滚的。

lua 脚本实现的原子性是假的原子性

因为当多个指令执行时，lua脚本中的一条指令报错时，后面的指令执行失败了，但是前面的指令已经成功。且不会回滚。

其中报错原因包括：
1、指令语法错误
2、语法是正确的，但是类型不对，比如对已经存在的string类型的key，执行hset等
3、服务器挂掉了，比如lua脚本执行了一半，但是服务器挂掉了

前面两者，我们可以通过仔细检查脚本逻辑,确保脚本中的所有命令都是正确的，并且按照预期的顺序执行、使用redis.pcall处理潜在的错误以及适时使用事务，可以编写出高效、可靠的Lua脚本,确保脚本的逻辑正确性和健壮性，以避免潜在的问题。

redis.pcall在命令执行失败时不会引发错误，而是返回一个包含错误信息的表。通过检查redis.pcall的返回值，可以在脚本中处理错误情况，从而避免脚本执行失败

Lua脚本回滚？
在Lua脚本中，我们可以使用Redis的WATCH指令，它允许我们监视一个或多个键的变化。当我们监视的键发生变化时，Redis会立刻中断正在执行的Lua脚本，使得整个Lua脚本操作回滚，这种方式可以实现Redis事务的回滚效果。

Lua脚本相对于Redis事务更实用的原因有以下几点：

1、原子性保证：使用Lua脚本可以将多个命令封装成一个原子操作，确保这些命令在执行期间不会被其他命令插入，从而保证操作的原子性。
2、减少网络开销：在Lua脚本中，多个命令可以一次性发送到Redis服务器，并由Redis执行，减少了网络开销。而Redis事务需要通过MULTI和EXEC命令来开启和提交事务，增加了网络往返的次数。
3、高性能：由于Lua脚本在Redis服务器端执行，避免了客户端与服务器之间的通信。这样可以减少通信延迟，并在服务器端以原生代码的方式执行，提高了执行效率。相比之下，Redis事务在客户端和服务器之间进行多次通信，可能降低执行效率。
4、复杂逻辑支持：Lua脚本提供了强大的编程能力，可以实现复杂的业务逻辑。通过脚本的编写，可以实现数据库操作的灵活性，从而适应更多的场景需求。Redis事务对于复杂逻辑的支持相对较弱，更适合简单的操作序列。

参考文章：
使用redis，怎么解决并发问题？
redis为什么不支持事务(redis不支持的数据结构)
Redis实例发生故障，而Redis使用的RDB机制，事务的原子性还能否得到保证？
Redis不支持事务的解决方案(redis事务为什么不支持回滚)
Redis实例发生故障，而Redis使用的RDB机制，事务的原子性还能否得到保证？