cas全稱是compare and set，是一種典型的事務(wù)操作。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，事務(wù)就是為了存取數(shù)據(jù)庫(kù)中同一數(shù)據(jù)時(shí)不破壞操作的隔離性和原子性，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。

一般數(shù)據(jù)庫(kù)，比如MySql是如何保證數(shù)據(jù)一致性的呢，主要是加鎖，悲觀鎖。比如在訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)某條數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)用SELECT FOR UPDATE ，這MySql就會(huì)對(duì)這條數(shù)據(jù)進(jìn)行加鎖，直到事務(wù)被提交（COMMIT），或者回滾（ROLLBACK）。如果此時(shí)，有其他事務(wù)對(duì)被加鎖的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入，那么該事務(wù)將會(huì)被阻塞，直到第一個(gè)事務(wù)完成為止。它的缺點(diǎn)在于：持有鎖的事務(wù)運(yùn)行越慢，等待解鎖的事務(wù)阻塞時(shí)間就越長(zhǎng)。并且容易產(chǎn)生死鎖（前面有篇文章有講解死鎖）！

本文會(huì)介紹三種redis實(shí)現(xiàn)cas事務(wù)的方法，并會(huì)解決下面的虛擬問(wèn)題：
維護(hù)一個(gè)值，如果這個(gè)值小于當(dāng)前時(shí)間，則設(shè)置為當(dāng)前時(shí)間；如果這個(gè)值大于當(dāng)前時(shí)間，則設(shè)置為當(dāng)前時(shí)間+30。簡(jiǎn)單的單線程環(huán)境下代碼如下:

# 初始化
r = redis.Redis()
if not r.exists("key_test"):
  r.set("key_test", 0)

def inc():
  count = int(r.get('key_test')) + 30 #1
  # 如果值比當(dāng)前時(shí)間小，則設(shè)置為當(dāng)前時(shí)間
  count = max(count, int(time.time())) #2
  r.set('key_test', count) #3
  return count

很簡(jiǎn)單的一段代碼，在單線程環(huán)境下可以跑的很歡，但顯然，是無(wú)法移植到多線程或者是多進(jìn)程環(huán)境的（進(jìn)程A和B同時(shí)運(yùn)行到#1，獲取了相同的count值，然后運(yùn)行#2#3，會(huì)導(dǎo)致count值總共只增加了30）。而為了能在多進(jìn)程環(huán)境下運(yùn)行，我們需要引入一些其他的東西。

py-redis本身自帶的事務(wù)操作

redis有這么幾個(gè)和事務(wù)相關(guān)的命令，multi,exec,watch。通過(guò)這幾個(gè)命令，可以實(shí)現(xiàn)‘將多個(gè)命令打包，然后一次性、按順序執(zhí)行，且不會(huì)被終端'。事務(wù)會(huì)從MULTI開始，執(zhí)行EXEC后觸發(fā)事件。另外，我們還需要WATCH，watch可以監(jiān)視任意數(shù)量的鍵，當(dāng)在調(diào)用EXEC執(zhí)行事務(wù)時(shí)，如果任意一個(gè)鍵被修改了，整個(gè)事務(wù)不會(huì)執(zhí)行。

下邊是使用redis本身的事務(wù)解決cas問(wèn)題的代碼。

class CasNormal(object):
  def __init__(self, host, key):
    self.r = redis.Redis(host)
    self.key = key
    if not self.r.exists(self.key):
      self.r.set(self.key, 0)

  def inc(self):
    with self.r.pipeline() as pipe:
      while True:
        try:
          #監(jiān)視一個(gè)key，如果在執(zhí)行期間被修改了，會(huì)拋出WatchError
          pipe.watch(self.key)
          next_count = 30 + int(pipe.get(self.key))
          pipe.multi()
          if next_count < int(time.time()):
            next_count = int(time.time())
          pipe.set(self.key, next_count)
          pipe.execute()
          return next_count
        except WatchError:
          continue
        finally:
          pipe.reset()

代碼也不復(fù)雜，引入了之前說(shuō)到的multi,exec,watch，如果對(duì)事務(wù)操作比較熟悉的同學(xué)，可以很容易看出來(lái)，這是一個(gè)樂(lè)觀鎖的操作（咱們假設(shè)沒(méi)人競(jìng)爭(zhēng)來(lái)著，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都不會(huì)上鎖，真有人來(lái)改了再說(shuō)。）樂(lè)觀鎖在高并發(fā)的情況下會(huì)顯得很無(wú)力，文末的性能對(duì)比會(huì)顯示這個(gè)問(wèn)題。

使用基于redis的悲觀鎖

悲觀鎖，就是很悲觀的鎖，每次拿數(shù)據(jù)都會(huì)假設(shè)別人也要拿，先給鎖起來(lái)，用完再把鎖釋放掉。redis本身沒(méi)有實(shí)現(xiàn)悲觀鎖，但我們可以先用redis實(shí)現(xiàn)一個(gè)悲觀鎖。

ok，咱們現(xiàn)在有悲觀鎖了，做起事來(lái)也有底氣了，根據(jù)上邊的代碼，咱們只要加上@ synchronized注釋就能保證同一時(shí)間只有一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行。下邊是基于悲觀鎖的解決方案。

lock_conn = redis.Redis("localhost")

class CasLock(object):
  def __init__(self, host, key):
    self.r = redis.Redis(host)
    self.key = key
    if not self.r.exists(self.key):
      self.r.set(self.key, 0)

  @synchronized(lock_conn, "lock", 10)
  def inc(self):
    next_count = 30 + int(self.r.get(self.key))
    if next_count < int(time.time()):
      next_count = int(time.time())
    self.r.set(self.key, next_count)
    return next_count

代碼看上去少多了（因?yàn)橐肓藄ynchronized...）

基于lua腳本實(shí)現(xiàn)

上邊兩種方法都是用鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，鎖的實(shí)現(xiàn)總會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，區(qū)別無(wú)非是出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)了咋辦的問(wèn)題。使用redis lua腳本的實(shí)現(xiàn)，可以直接把這個(gè)cas操作當(dāng)成一個(gè)<b>原子操作</b>。

我們知道，redis本身的一系列操作，都是原子操作，且redis會(huì)按順序執(zhí)行所有收到的命令。先看代碼

class CasLua(object):
  def __init__(self, host, key):
    self.r = redis.Redis(host)
    self.key = key
    if not self.r.exists(self.key):
      self.r.set(self.key, 0)
    self._lua = self.r.register_script("""
    local next_count = redis.call('get',KEYS[1]) + ARGV[1]
    ARGV[2] = tonumber(ARGV[2])
    if next_count < ARGV[2] then
      next_count = ARGV[2]
    end
    redis.call('set',KEYS[1],next_count)
    return tostring(next_count)
        """)

  def inc(self):
    return int(self._lua([self.key], [30, int(time.time())]))

這里先注冊(cè)了這個(gè)腳本，后邊可以直接去使用他。關(guān)于redis lua腳本的文章有不少，感興趣的可以去搜搜看，這邊就不贅述了。

性能對(duì)比

這邊的測(cè)試只是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的測(cè)試（不過(guò)還是能看出效果來(lái)的），測(cè)試換機(jī)就是自己的開發(fā)機(jī)，數(shù)字看個(gè)大小就行了。

分別測(cè)了三種操作在單線程，五個(gè)線程，十個(gè)線程，五十個(gè)線程情況下，進(jìn)行1000次操作各自的表現(xiàn)，時(shí)間如下

     optimistic Lock pessimistic lock  lua
1thread       0.43       0.71 0.35
5thread       5.80       3.10 0.62
10thread      17.80       5.60 1.30
50thread      245.00       29.60 6.50

依次是redis本身事務(wù)實(shí)現(xiàn)的樂(lè)觀鎖，基于redis實(shí)現(xiàn)的悲觀鎖以及l(fā)ua實(shí)現(xiàn)。

在比較悲觀鎖和樂(lè)觀鎖之前，需要先說(shuō)明一點(diǎn)，這邊的測(cè)試對(duì)樂(lè)觀鎖不是很公平，樂(lè)觀鎖本身就是假設(shè)不會(huì)有很多的并發(fā)的。在單線程情況下，悲觀鎖要差一些。單線程下，不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，悲觀鎖耗時(shí)長(zhǎng)僅因?yàn)槭嵌嗔艘淮蝦edis的網(wǎng)絡(luò)交互。隨著線程的增加，悲觀鎖的性能逐漸變好，畢竟悲觀鎖本身就是為了解決這種高并發(fā)高競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境而誕生的。在50線程的時(shí)候，樂(lè)觀鎖的實(shí)現(xiàn)單次操作的時(shí)間要0.245秒，非?？植溃绻巧a(chǎn)環(huán)境，幾乎都不能用了。

至于lua的性能，快的不可思議，幾乎就是線性增加。（50線程的情況下，平均的1000次完成時(shí)間是6.5s，換言之，6.5秒內(nèi)執(zhí)行了50 * 1000次cas操作）。

以上測(cè)試都是本地redis，本地測(cè)試，如果redis是遠(yuǎn)端的，網(wǎng)絡(luò)交互時(shí)間會(huì)增加，lua優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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