2021-02-26

快速入门Redis调用Lua脚本及使用场景介绍

Redis 是一种非常流行的内存数据库，常用于数据缓存与高频数据存储。大多数开发人员可能听说过redis可以运行 Lua 脚本，但是可能不知道redis在什么情况下需要使用到Lua脚本。

一、阅读本文前置条件

  • 可以遵循这个链接中的方法在操作系统上安装 Redis
  • 如果你对redis命令不熟悉，查看《Redis 命令引用》

二、为什么需要Lua脚本

简而言之：Lua脚本带来性能的提升。

  • 很多应用的服务任务包含多步redis操作以及使用多个redis命令，这时你可以使用Redis结合Lua脚本，会为你的应用带来更好的性能。
  • 另外包含在一个Lua脚本里面的redis命令具备原子性，当你面对高并发场景下的redis数据库操作时，可以有效避免多线程操作产生脏数据。

三、学点Lua语法

说了那么多，Lua不会怎么办？不要慌！Lua其实很简单，如果你曾经学习过任何一门编程语言，学习Lua都非常简单。下面给大家举几个例子学习一下：

3.1.一个简单的例子

Lua脚本通过各种语言的redis客户端都可以调用，我们就简单一点使用redis-cli
看下面的redis命令行：

eval "redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1])" 1 key:name value

EVAL命令行后面跟着的是Lua脚本:"redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1])",放到编程语言里面就是一段字符串，跟在Lua脚本字符串后面的三个参数依次是：

  1. redis Lua脚本所需要的KEYS的数量 ，只有一个KEYS[1]，所以紧跟脚本之后的参数值是1
  2. Lua 脚本需要的参数KEYS[1]的参数值，在我们的例子中值为key:name
  3. Lua 脚本需要的参数ARGV[1]的参数值，在我们的例子中值为value

Lua脚本中包括两组参数：KEYS[]和ARGV[]，两个数组下标从1开始。一个值得去遵守的最佳实践是：把redis操作所需的key通过KEYS进行参数传递，其他的Lua脚本所需的参数通过ARGV进行传递。

上面的脚本执行完成之后，我们使用下面的Lua脚本来进行验证，如果该脚本的返回值是"value"，与我们之前设置的key:name的值相同，则表示我们的Lua脚本被正确执行了。

eval "return redis.call('get', KEYS[1])" 1 key:name

3.2.仔细看下Lua脚本里的内容

我们的第一个Lua脚本只包含一条语句，调用redis.call

redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1])

所以在Lua脚本里面可以通过redis.call执行redis命令，call方法的第一个参数就是redis命令的名称，因为我们调用的是redis 的set命令，所以需要传递key和value两个参数。

我们第二个脚本不只是执行了一个脚本，因为执行get命令还返回了执行结果。注意脚本中有一个return 关键字。

eval "return redis.call('get', KEYS[1])" 1 key:name

当然如果只是上面的这么简单的Lua脚本，还不如直接使用命令行更方便。我们实际使用到的Lua脚本会比上面的复杂，上面的Lua脚本只是一个Hello World。

3.3. 复杂点的例子

我曾使用Lua脚本从一个hash map里面按照一定的顺序获取若干key对应的值。对应的顺序在一个zset排序集合中进行保存，数据设置及排序可以通过下面的完成。

# 设置hkeys为键Hash值hmset hkeys key:1 value:1 key:2 value:2 key:3 value:3 key:4 value:4 key:5 value:5 key:6 value:6# 建一个order为键的集合，并给出顺序zadd order 1 key:3 2 key:1 3 key:2

如果不知道hmset和zadd命令的作用，可以参考hmset 和 zadd

执行下面的Lua脚本

eval "local order = redis.call('zrange', KEYS[1], 0, -1); return redis.call('hmget',KEYS[2],unpack(order));" 2 order hkeys

你将看到如下的输出结果

"value:3""value:1""value:2"
  • 通过zrange取出order集合里面的数据，即：[ key:3 , key:1 , key:2]
  • 然后通过unpack函数将[ key:3 , key:1 ,key:2] 转成 key:3 key:1 key:2
  • 最后执行 hmget hkeys key:3 key:1 key:2，所以得到上面的输出结果

四、Lua脚本预加载

Redis可以对Lua脚本进行预加载，可以通过script load命令把Lua脚本预加载到redis里面。

script load "return redis.call('get', KEYS[1])"

预加载完成之后，你会看到下面的一段输出

"4e6d8fc8bb01276962cce5371fa795a7763657ae"

这是一个具有唯一性的hash字符串，这个hash就代表着我们刚刚预加载的Lua脚本，我们可以通过EVALSHA命令执行该脚本。如：

evalsha 4e6d8fc8bb01276962cce5371fa795a7763657ae 1 key:name

执行的结果与下面的是一致的。

eval "return redis.call('get', KEYS[1])" 1 key:name

五、一个修改 JSON数据的例子?

有些开发人员有的时候可能会将JSON数据保存在Redis里面，我们先不说这样做是不是一种好的方式，我们只来谈一下如何通过Lua脚本修改JSON数据。

正常情况下，你需要修改一个JSON Object，你需要把它从redis里面查询回来，解析它，修改key值，然后再将它序列化保存到redis里面。这样做有几个问题：

  1. 高并发场景下无法保证原子性，另一个线程可以在当前线程获取和设置Object操作之间更改这个JSON数据。在这种情况下，将丢失更新。
  2. 性能问题。如果您经常进行这样的更改并且JSON数据相当大，这可能会成为应用的性能瓶颈。因为你经常性的进行取数据，存数据。

通过在 Lua 中实现上面逻辑，因为redis的Lua脚本是在服务端执行的，一方面可以保证操作的原子性，解决高并发丢失更新的问题，另一方面节省网络传输同时提升性能。

下面我们向redis里面保存一个测试JSON 字符串：obj

set obj '{"a":"foo","b":"bar"}'

现在，让我们运行我们的脚本：

EVAL 'local obj = redis.call("get",KEYS[1]); local obj2 = string.gsub(obj,"(" .. ARGV[1] .. "\":)([^,}]+)", "%1" .. ARGV[2]); return redis.call("set",KEYS[1],obj2);' 1 obj b bar2

  • local obj = redis.call("get",KEYS[1]); 其中KEYS[1]=obj，所以返回值obj= '{"a":"foo","b":"bar"}'

  • local obj2 = string.gsub(obj,"(" .. ARGV[1] .. "\":)([^,}]+)", "%1" .. ARGV[2]);， ..是Lua脚本的字符串连接符号；我们使用 RegEx 模式来匹配密钥并替换其值，如果对表达式不熟悉，自行补课；"%1"表示第一个被匹配的子串，"%1" .. ARGV[2] 等于 "b":"bar2",并使用gsub进行替换。

  • 最后将结果返回，obj的JSON对象的结果如下：

{"a":"foo","b":"bar2"}

六、总结

我建议只有在你能证明它能带来更好的性能时才使用Lua脚本。如果你只是想要保证redis操作原子性，那么可以使用transactions事务。不一定非要使用Lua脚本。

此外redis Lua脚本不应太长。因为当脚本运行时相当于为被操作对象加锁，其他操作都在等待它完成。如果Lua脚本需要相当长的时间执行，则可能会导致瓶颈而不是提高性能。Lua脚本在达到超时后停止（默认情况下为 5 秒）。

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