华为云企业级Redis揭秘第16期：超越开源Redis的ACID”真”事务
摘要： 开源Redis只支持伪事务，应用场景受限。高斯Redis发布企业级事务特性，支持完备ACID，为交易、库存等上层业务带来全新可能。
本文分享自华为云社区《华为云企业级Redis揭秘第16期：超越开源Redis的ACID”真”事务》，作者： 高斯Redis官方博客 。
日常生活中的shopping、交通、手游都离不开高频的金融消费、虚拟交易。熟悉MySQL的读者，一定知道数据库事务（Transaction）可以搞定这类关键场景，事务不但极大简化了上层业务的编程模型，给开发者带来便利，同时它也让“交易”等核心业务正确可靠。
其实，Redis也有事务，但社区版只做了简版实现，无法满足ACID要求，因此应用有限。
本文将介绍华为云企业级数据库GaussDB(for Redis)（下文简称为高斯Redis）的事务功能，与社区版不同，高斯Redis提供了满足ACID的企业级事务特性。
1.什么是事务？
请设想如下场景：
在一个月黑风高之夜，一场交易正在进行。玩家B收款成功，但A却没拿到装备。
好了，一场PK在所难免。
玩家做几次点击即可完成交易，但底层数据库内部，却需要执行至少4个关键操作：
试想，如步骤4失败，而前置步骤成功，会发生逻辑错乱，这将带来灾难性的用户体验。
事务是如何解决这类场景的？这依赖于4大特性：
- 原子性（Atomicity）：一组操作要么全成功，要么全失败。
- 一致性（Consistency）：即满足既定约束，保证系统不脱离合理状态。例如，如果A、B各有50枚金币，那么全局总数应始终保持100。
- 隔离性（Isolation）：多个事务的执行相互隔离，互不影响。
- 持久性（Durability）：提交成功的事务应带来永久性状态变化，即使掉电，数据也不应丢失。
其中，一致性是最关键的，而原子性、隔离性、持久性都是为了保证一致性。当然，为了确保整体系统的一致性，也需要业务层的共同设计实现，本文不详细展开。
那么，开源Redis事务存在哪些问题，GaussDB(for Redis)的企业级事务功能又是什么样的？下面我们来具体看看。
2. 从四大特性看Redis的事务
2.1 原子性
社区版Redis
开源Redis事务是一种极简设计，并不支持事务失败时的回滚操作，不满足事务的原子性。
此外还有以下问题：
- 入队校验不完备：只校验简单语法，无法识别key的类型错误；
- 错误处理不完备：直接跳过错误，继续执行后续命令。
GaussDB(for Redis)
如图所示，开源Redis事务在第一条命令出错的情况下仍旧执行了下面的命令，而高斯Redis则避免了这样的问题。
- 每个事务的执行在提交前会进行错误判断，如有错误则会触发回滚逻辑，放弃之前的操作，对原数据无影响
高斯Redis在保留社区版事务使用逻辑的同时，在底层实现了对回滚的支持，满足了事务的原子性。
2.2 隔离性
社区版Redis
事务在并发执行时，应当处理各种隔离性问题。
开源Redis对命令的执行是单线程设计，因此的确可以保证不会有两个事务同时被执行，具体来看：
- 开源Redis不存在隔离性问题；
- 代价是性能的降低和对整体吞吐的影响，事务只能单线程处理，对其他请求的干扰较大。
GaussDB(for Redis)
高斯Redis是多线程架构，内部对数据进行自动分片，在同数据分片内保留序列化的隔离性级别，同时极大提高整体实例的并发能力。
2.3 持久性
社区版Redis
开源Redis是纯内存设计，不提供可靠的数据存储能力。掉电后数据丢失，即使开启RDB或AOF，也只能在一定程度上挽回部分数据，具体来看：
- RDB方式会丢失部分数据，数据只能恢复到上次快照的时间
- 即使是AOF方式，持久性也存在问题，从命令执行到保存到硬盘之间，仍旧存在时间差
- AOF方式恢复缓慢、维护文件庞大，维护管理成本都会非常高，重建时间也很长
综合来看，社区版Redis的持久化能力有限，不足以支持事务的持久性要求。
GaussDB(for Redis)
高斯Redis采用存算分离的设计理念，底层使用高性能分布式存储池保存全量数据，结合RocksDB存储引擎，可保证核心数据的可靠存储，架构图：
GaussDB(for Redis)核心优势：
- 核心数据存储：全量数据落盘，3副本冗余，不怕丢数据
- 高可用：秒级故障接管，即使N-1节点故障，全量数据也可用
- 低时延：自动冷热分离，亚毫秒级时延，能Hold缓存场景
- 高吞吐：全部节点可写，QPS可水平扩展，能抗流量高峰
- 强一致：3副本强一致同步，不会发生脏读，业务免踩坑
- 秒扩容：例如，8G到64G扩容只需1秒，且对业务0影响
- 降成本：数据量越大价格越香，能够真正帮用户省成本
高斯Redis强大的持久化保障，支持核心数据的可靠存储，也为事务的执行提供了有力的保证。
2.4 一致性
从数据库层面，数据库通过原子性、隔离性、持久性来保证一致性，可以说在ACID中一致性是事务的目的，其他特性是手段。
如上文所述，开源Redis在原子性和持久性上都存在种种问题，一致性自然也无法保障。在上述特性的保障下，不论是正常执行还是存在命令失败场景，高斯Redis事务都有可靠的一致性。
2.5 对比总结
通过上述介绍我们从事务的四大特性出发详细地介绍了高斯Redis的事务，最后做一个总结：
3. 结语
近年来，以Redis为代表的KV数据库逐渐在越来越多的场景发挥作用，而高斯Redis作为华为云旗舰KV数据库，可满足企业核心数据的可靠存储要求。
高斯Redis的事务能力相比社区版Redis有极大提升，在ACID事务的加持下，更可在“库存”、“交易”等关键场景简化业务设计，带来可靠数据存储能力。
4. 附录
- 本文作者：华为云数据库GaussDB(for Redis)团队
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