Redis Lua 脚本分析及 Redisson 客户端的lua的优化

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2023年09月08日 00:25 · 阅读数 22

什么时候才会用lua脚本？

当我要执行一组 redis 指令，减低通讯的成本的时候可以用lua。

但是pipeline这个命令也是可以用的，那为什么不用pipeline呢？

首先说下pipeline的局限，如果我想在管道里面做运算（线程安全）的操作是不能做到的。

如：卖商品，当库存到0的时候，就不需要再减了。不然就会变负数了。

然后就是 pipeline，如果 A命令要依赖于B的结果，这样也获取不到。

上面这种场景pipeline是做不到的，这个时候就需要用到Redis的lua脚本了。

EVAL 简介

EVAL 和 EVALSHA 从 Redis 2.6 版本开始，使用内置的 Lua 解析器，可以对 Lua进行求值。

EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]

script ：lua 脚本
numkeys ：key 的数量
key ：key列表，可以在 Lua 中通过全局变量 KEYS 数组，以 1 为基址的形式访问 (KEYS[1]，KEYS[2] ...)
arg ：参数列表，可以在 Lua 中通过全局变量 ARGV 数组，以 1 为基址的形式访问 (ARGV [1]，ARGV [2] ...)

例子：

eval "return redis.call('set',KEYS[1],'bar')" 1 foo

如何从 Lua 脚如何调用 Redis 命令？

redis.call() ：将返回给调用者一个错误
redis.pcall() ：将捕获的错误以Lua表的形式返回

创建并修改Lua环境

Redis为了在Redis服务器中执行 Lua 脚本，Redis在服务器内嵌了一个Lua环境，并对这个 Lua环境进行，并对这个 Lua环境进行一系列修改，从而确保这个Lua环境考验满足 Redis 服务器的需要。

步骤：

创建一个基础的 Lua 环境，之后所有修改都是针对这个环境进行的。
载入多个函数库到 Lua 环境
创建全局表格 reids，这个表格包括对 Redis 进行操作的函数
创建随机函数 random-with-default-seed.lua
创建排序辅助函数
创建 redis.pcall 函数的错误报告

1.创建 Lua 环境

服务器首先调用 Lua 的 C API函数 lua_open，创建一个新的 Lua 环境。

2.载入函数库

基础库 (base) ：如 assert、error、pairs、tostring、pcall 等表格库(table)：如 table.concat、table.insert、table.remove、table.sort 等字符串库(string)：处理字符串的通用函数 string.format 、string.len、string.reveres 函数数学库(math)：math.abs、math.max、math.min、math.sqrt、math.log 调用库(debug)：提供程序设置钩子 debug.sethook 和取得钩子 debug.gethook 函数 Lua CJSON库：用于处理 UTF-8 编码的 JSON 格式。 cjson.decode 函数将一个 JSON 格式的字符串转换为一个 Lua值，而 cjson.encode 函数将一个 Lua 值序列化为 JSON 格式字符串。 Struct库：用于 Lua 值和C结果之间转换 Lua cmsgpack库：用于处理 MessagePack 格式数据

3.创建 redis 全局表格

服务器将在 Lua 环境创建一个 reids 表格(table)，并将它设为全局变量。reids 表格包括以下函数：用于执行 Redis 命令的 redis.call 和 redis.pcall 函数。（常用）用于记录 Redis 日志(log) 的 redis.log 函数，以及相应的日志级别 (level) 处理用于计算 SHA1 校验和的 redis.sha1hex 函数用于返回错误信息的 redis.error_reply 函数和 redis.status_reply 函数。

4.伪客户端

因为执行 Redis 命令必须有相应的客户端状态，所以为了执行 Lua 脚本中包括的命令。Redis 服务器专门为 Lua环境创建了一个伪客户端，并由一个伪客户端处理 Lua脚本中的所有 Redis命令。

EVAL "return redis.call(‘DSSIZE’)" 0

lua_scripts 字典

除了伪客户端之外，Redis 服务器为 Lua 环境创建的另外一个主键就是 lua_scripts，这个字典的键为某个Lua 脚本的 SHA1 校验和 (checksum)，而字典的值则是 SHA1校验和 lua脚本：

struct redisServer{ // ... dict *lua_scripts; // ... }

Redis 服务器会将所有的被 EVAL 命令执行过的Lua 脚本，以及所有被 SCRIPT LOAD 命令载入过的 Lua 脚本都保存到 lua_scripts 字典里。

例子：

r127.0.0.1:6371> SCRIPT LOAD "return 'hi'"
"2f31ba2bb6d6a0f42cc159d2e2dad55440778de3"
127.0.0.1:6371> SCRIPT LOAD "return 1+1"
"a27e7e8a43702b7046d4f6a7ccf5b60cef6b9bd9"
127.0.0.1:6371> SCRIPT LOAD "return 2*2"
"4475bfb5919b5ad16424cb50f74d4724ae833e72"

lua_scripts 字典有两个作用，一个是实现 SCRIPT EXISTS 命令，另外一个实现脚本复制功能。

EVAL命令的实现

EVAL 命令的执行过程可以分为以下三个步骤：

根据客户端给定的 Lua 脚本，在 Lua 环境中定义一个 Lua函数
将客户端给定的脚本保存到 lua_scripts 字典，等待将来进一步使用
执行刚刚在 Lua 环境定义的函数，以此来执行客户端执行的 Lua 脚本。

127.0.0.1:6371> EVAL "return 'hello world'" 0
"hello world"

定义脚本函数

当客户端向服务器发送 EVAL 命令，要求执行某个 Lua脚本，服务器首先要做的就是在 Lua环境中为传入的脚本定义一个与这个脚本相对应的 Lua函数，其中，Lua函数的名字是由 f_ 前缀加上脚本的 SHA1 校验和 (四十字字符长) 组成，而函数的体 (body) 则是脚本本身。

我们输入：EVAL "return 'hello world'" 0

对于服务器来说： function f_5332031c6b470dc5a0dd9b4bf2030dea6d65de91() return "hello world" end

因为客户端传入脚本为 return 'hello world'，而这个脚本的 SHA1 校验和为 5332031c6b470dc5a0dd9b4bf2030dea6d65de91，所以函数名字为 f_5332031c6b470dc5a0dd9b4bf2030dea6d65de91 ，而函数体则为 return "hello world"。

使用函数来保存客户端传入脚本有以下好处：

执行脚本的步骤非常简单，只要调用脚本相对应的函数即可。通过函数局部性来让 Lua 环境保存清洁，减少垃圾回收的工作量，并且避免了使用全局变量如果某个脚本所对应的在 Lua环境中被定义过至少一次，那么只要记得调用这个脚本的 SHA1 校验和，服务器就可以在不知道脚本本身直接调用。

将脚本保存到 lua_script 字典 EVAL命令第二件事就是将客户端传入的脚步保存到服务器的 lua_script 字典里面。

 return 'hello world'
 =====>>>
 5332031c6b470dc5a0dd9b4bf2030dea6d65de91

执行脚本函数

当把脚本保存到 lua_script 字典后，服务器还要设置钩子，传参，才能正式执行脚本。

流程如下：

将EVAL 命令传入的键名和参数分别保存到 KEY 数组和 ARGV数组，然后把两个数组作为
全局变量传入 Lua 环境里面。
为 Lua环境装载超时处理钩子(hook)，这个钩子可以在脚本出现超时运行情况时，让客户端通过 SCRIPT KILL 命令停止脚本，或者通过 SHUTDOWN 命令直接关闭服务器。
执行脚本函数
移除之前装载的超时钩子
将执行脚本函数所得的结果保存到客户端状态的缓冲区里面，等等服务器将结果返回到客户端。
对 Lua 环境执行垃圾回收操作。

EVALSHA 命令的实现

每个被EVAL命令的成功执行过的 Lua脚本，在 Lua环境里面都有一个脚本相对应的 Lua函数。

注意这个返回错误 “SCRIPRT NOT FOUND”

SCRIPT LOAD

SCRIPT LOAD 先在 Lua环境创建函数，然后再把脚本保存到 lua_scripts 字典里面。

SCRIPT KILL

如果服务器设置了 lua-time-limit 配置，每次执行 Lua脚本直接，服务器都会在 Lua环境里面设置一个超时处理钩子 (hook)。

主从服复制脚本

主服务器复制 EVAL、SCRIPT FLUSH、SCRIPT LOAD 三个命令和复制普通Redis命令一样，只要将相同的命令传播给从服就可以了。

Redisson 实现的客户端有 Lua脚本进行了什么优化？

参数 ： useScriptCache
Default value: false
定义是否在Redis端使用Lua脚本缓存。大多数Redisson方法都是基于Lua脚本的，
打开此设置可以提高此类方法的执行速度并节省网络流量。

思路：

先把命令转换成 sha1码
然后执行一遍 “EVALSHA” 命令，监听命令返回命令
返回 “NOSCRIPT” 就是证明该 Redis服务端没有这个脚本了,执行一遍 “SCRIPT_LOAD” 命令，把脚本load进去，继续监听 “SCRIPT_LOAD” 命令的返回
“SCRIPT_LOAD”命令返回成功就再发一次 “EVALSHA” 命令

代码如下：

private <T, R> RFuture<R> evalAsync(NodeSource nodeSource, boolean readOnlyMode, Codec codec, RedisCommand<T> evalCommandType, String script, List<Object> keys, Object... params) {
    // 如果 useScriptCache == true 并且是 脚本命令 EVAL
    if (isEvalCacheActive() && evalCommandType.getName().equals("EVAL")) {
        RPromise<R> mainPromise = new RedissonPromise<R>();
        
        Object[] pps = copy(params);
        
        RPromise<R> promise = new RedissonPromise<R>();
        // 先把命令转成 sha1码
        String sha1 = calcSHA(script);
        RedisCommand cmd = new RedisCommand(evalCommandType, "EVALSHA");
        List<Object> args = new ArrayList<Object>(2 + keys.size() + params.length);
        args.add(sha1);
        args.add(keys.size());
        args.addAll(keys);
        args.addAll(Arrays.asList(params));

        // 发送 EVALSHA 命令
        RedisExecutor<T, R> executor = new RedisExecutor<>(readOnlyMode, nodeSource, codec, cmd,
                                                    args.toArray(), promise, false, connectionManager, objectBuilder, referenceType);
        executor.execute();
        // 监听返回
        promise.onComplete((res, e) -> {
            if (e != null) {
                // redis 服务端返回 “NOSCRIPT” 证明 Redis 没有这个脚本
                if (e.getMessage().startsWith("NOSCRIPT")) {
                    // 执行 “SCRIPT_LOAD” 命令先把脚本加载到 Redis服务端
                    RFuture<String> loadFuture = loadScript(executor.getRedisClient(), script);
                    // 监听返回
                    loadFuture.onComplete((r, ex) -> {
                        if (ex != null) {
                            free(pps);
                            mainPromise.tryFailure(ex);
                            return;
                        }
                        // “SCRIPT_LOAD” 执行成功，再一次执行 “EVALSHA”
                        RedisCommand command = new RedisCommand(evalCommandType, "EVALSHA");
                        List<Object> newargs = new ArrayList<Object>(2 + keys.size() + params.length);
                        newargs.add(sha1);
                        newargs.add(keys.size());
                        newargs.addAll(keys);
                        newargs.addAll(Arrays.asList(pps));

                        NodeSource ns = nodeSource;
                        if (ns.getRedisClient() == null) {
                            ns = new NodeSource(nodeSource, executor.getRedisClient());
                        }

                        async(readOnlyMode, ns, codec, command, newargs.toArray(), mainPromise, false);
                    });
                } else {
                    free(pps);
                    mainPromise.tryFailure(e);
                }
                return;
            }
            free(pps);
            mainPromise.trySuccess(res);
        });
        return mainPromise;
    }
    // 没有做优化，正常发送请求
    RPromise<R> mainPromise = createPromise();
    List<Object> args = new ArrayList<Object>(2 + keys.size() + params.length);
    args.add(script);
    args.add(keys.size());
    args.addAll(keys);
    args.addAll(Arrays.asList(params));
    async(readOnlyMode, nodeSource, codec, evalCommandType, args.toArray(), mainPromise, false);
    return mainPromise;
}

redis.cn/commands/ev… 官方文档
www.cnblogs.com/chopper-poe… 参考

转载自:https://juejin.cn/post/6954750552894881799