Redis协议详解及其异步应用

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一、Redis Pipeline（管道）

概述

Redis Pipeline（管道） 是一种客户端机制，允许一次性发送多个Redis命令到服务器，而无需等待每个命令的响应。通过管道，可以显著减少网络延迟，提高命令执行的吞吐量。

优点

• 减少网络延迟：批量发送命令，减少网络往返次数（RTT）。
• 提高吞吐量：一次性处理多个命令，提升操作效率。

使用场景

• 批量插入或更新数据：如批量存储用户信息或日志数据。
• 批量读取数据：如同时获取多个键的值。

工作原理

传统上，每个Redis命令在客户端和服务器之间都需要一次网络往返通信。当需要执行大量命令时，这种通信开销会成为性能瓶颈。使用Redis Pipeline，可以将多个命令打包成一个网络请求一次性发送给服务器，减少网络开销，并更充分地利用服务器的处理能力。

Pipeline 的基本操作步骤

1. 创建 Pipeline 对象：在客户端中创建一个 Pipeline 对象，用于存储要执行的多个命令。
2. 向 Pipeline 中添加命令：使用 Pipeline 对象的方法（如 pipeline.set(key, value)）向其中添加要执行的Redis命令。可以添加任意多个命令。
3. 执行 Pipeline：调用 Pipeline 对象的 execute() 方法，将 Pipeline 中的所有命令一次性发送给Redis服务器执行。
4. 获取结果：通过遍历 Pipeline 中的命令结果，或使用 execute() 方法的返回值来获取执行结果。

C++ 示例（使用 hiredis 库）

以下示例展示了如何使用 hiredis 库在C++中实现Redis Pipeline：

#include <hiredis/hiredis.h>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

int main() {
   
    // 连接到Redis服务器
    redisContext *c = redisConnect("127.0.0.1", 6379);
    if (c == nullptr || c->err) {
   
        if (c) {
   
            std::cerr << "Connection error: " << c->errstr << std::endl;
            redisFree(c);
        } else {
   
            std::cerr << "Can't allocate redis context" << std::endl;
        }
        return 1;
    }

    // 启动管道：使用 MULTI 开启事务
    redisAppendCommand(c, "MULTI");
    redisAppendCommand(c, "SET key1 value1");
    redisAppendCommand(c, "SET key2 value2");
    redisAppendCommand(c, "SET key3 value3");
    redisAppendCommand(c, "EXEC");

    // 读取响应
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
   
        redisReply *reply;
        if (redisGetReply(c, (void**)&reply) == REDIS_OK) {
   
            // 处理每个回复
            if (reply->type == REDIS_REPLY_STATUS) {
   
                std::cout << "Reply " << i << ": " << reply->str << std::endl;
            } else if (reply->type == REDIS_REPLY_ARRAY) {
   
                std::cout << "Reply " << i << ": [";
                for (size_t j = 0; j < reply->elements; ++j) {
   
                    if (reply->element[j]->str)
                        std::cout << reply->element[j]->str;
                    else
                        std::cout << "nil";
                    if (j != reply->elements -1) std::cout << ", ";
                }
                std::cout << "]" << std::endl;
            } else {
   
                std::cout << "Reply " << i << ": " << (reply->str ? reply->str : "") << std::endl;
            }
            freeReplyObject(reply);
        } else {
   
            std::cerr << "Failed to get reply" << std::endl;
            break;
        }
    }

    // 关闭连接
    redisFree(c);
    return 0;
}

输出示例：

Reply 0: OK
Reply 1: OK
Reply 2: OK
Reply 3: OK
Reply 4: [OK, OK, OK]

解释：

1. redisAppendCommand：将多个命令（包括事务命令 MULTI 和 EXEC）添加到管道中。
2. redisGetReply：逐个获取命令的响应。
3. 处理回复：根据回复类型处理并输出每个命令的响应。

注意：在实际应用中，可以根据需求添加更多命令到管道中，以实现批量操作。

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二、Redis 事务

概述

Redis 事务 允许客户端一次性执行一系列命令，确保这些命令按顺序执行且没有其他客户端的干扰。事务通过以下命令实现：

• MULTI：标记事务的开始。
• EXEC：执行事务中的所有命令。
• DISCARD：取消事务，清空事务队列。
• WATCH：监视一个或多个键，如果这些键在事务执行前被修改，事务将被中断。

事务的前提

在有并发连接的情况下，不同连接异步执行命令可能会导致不可预期的冲突。Redis 是单线程的，但在事务执行期间，如果不加以控制，仍可能出现数据不一致的问题。比如：我们希望顺序执行命令1、2、3。但是如果Redis是请求回应模型，若在命令1和命令2之间的空档期，命令3插入执行，那么最后的结果就会出错。

事务特征（ACID 分析）

ACID（原子性、一致性、隔离性和持久性）是关系型数据库管理系统确保事务正确执行的四个基本特性。以下分析Redis事务在ACID方面的支持情况：

1. 原子性（Atomicity）：

   • 部分支持：Redis中的单个命令是原子性的。然而，Redis事务（通过 MULTI 和 EXEC 实现）不支持回滚机制。如果在事务中执行多个命令，其中一个命令失败，之前的命令依然会执行，无法回滚。

   • 示例：

     MULTI
     SET key1 value1
     INCR key2
     EXEC
     

     如果 INCR key2 对应的键类型不是整数，INCR 命令会失败，但 SET key1 value1 已经执行，无法回滚。

2. 一致性（Consistency）：

   • 部分支持