華為雲企業級Redis揭秘第16期：超越開源Redis的ACID”真”事務
摘要： 開源Redis只支援偽事務，應用場景受限。高斯Redis發布企業級事務特性，支援完備ACID，為交易、庫存等上層業務帶來全新可能。
本文分享自華為雲社區《華為雲企業級Redis揭秘第16期：超越開源Redis的ACID”真”事務》，作者： 高斯Redis官方部落格 。
日常生活中的shopping、交通、手游都離不開高頻的金融消費、虛擬交易。熟悉MySQL的讀者，一定知道資料庫事務（Transaction）可以搞定這類關鍵場景，事務不但極大簡化了上層業務的編程模型，給開發者帶來便利，同時它也讓「交易」等核心業務正確可靠。
其實，Redis也有事務，但社區版只做了簡版實現，無法滿足ACID要求，因此應用有限。
本文將介紹華為雲企業級資料庫GaussDB(for Redis)（下文簡稱為高斯Redis）的事務功能，與社區版不同，高斯Redis提供了滿足ACID的企業級事務特性。
1.什麼是事務？
請設想如下場景：
在一個月黑風高之夜，一場交易正在進行。玩家B收款成功，但A卻沒拿到裝備。
好了，一場PK在所難免。
玩家做幾次點擊即可完成交易，但底層資料庫內部，卻需要執行至少4個關鍵操作：
試想，如步驟4失敗，而前置步驟成功，會發生邏輯錯亂，這將帶來災難性的用戶體驗。
事務是如何解決這類場景的？這依賴於4大特性：
- 原子性（Atomicity）：一組操作要麼全成功，要麼全失敗。
- 一致性（Consistency）：即滿足既定約束，保證系統不脫離合理狀態。例如，如果A、B各有50枚金幣，那麼全局總數應始終保持100。
- 隔離性（Isolation）：多個事務的執行相互隔離，互不影響。
- 持久性（Durability）：提交成功的事務應帶來永久性狀態變化，即使掉電，數據也不應丟失。
其中，一致性是最關鍵的，而原子性、隔離性、持久性都是為了保證一致性。當然，為了確保整體系統的一致性，也需要業務層的共同設計實現，本文不詳細展開。
那麼，開源Redis事務存在哪些問題，GaussDB(for Redis)的企業級事務功能又是什麼樣的？下面我們來具體看看。
2. 從四大特性看Redis的事務
2.1 原子性
社區版Redis
開源Redis事務是一種極簡設計，並不支援事務失敗時的回滾操作，不滿足事務的原子性。
此外還有以下問題：
- 入隊校驗不完備：只校驗簡單語法，無法識別key的類型錯誤；
- 錯誤處理不完備：直接跳過錯誤，繼續執行後續命令。
GaussDB(for Redis)
如圖所示，開源Redis事務在第一條命令出錯的情況下仍舊執行了下面的命令，而高斯Redis則避免了這樣的問題。
- 每個事務的執行在提交前會進行錯誤判斷，如有錯誤則會觸發回滾邏輯，放棄之前的操作，對原數據無影響
高斯Redis在保留社區版事務使用邏輯的同時，在底層實現了對回滾的支援，滿足了事務的原子性。
2.2 隔離性
社區版Redis
事務在並發執行時，應當處理各種隔離性問題。
開源Redis對命令的執行是單執行緒設計，因此的確可以保證不會有兩個事務同時被執行，具體來看：
- 開源Redis不存在隔離性問題；
- 代價是性能的降低和對整體吞吐的影響，事務只能單執行緒處理，對其他請求的干擾較大。
GaussDB(for Redis)
高斯Redis是多執行緒架構，內部對數據進行自動分片，在同數據分片內保留序列化的隔離性級別，同時極大提高整體實例的並發能力。
2.3 持久性
社區版Redis
開源Redis是純記憶體設計，不提供可靠的數據存儲能力。掉電後數據丟失，即使開啟RDB或AOF，也只能在一定程度上挽回部分數據，具體來看：
- RDB方式會丟失部分數據，數據只能恢復到上次快照的時間
- 即使是AOF方式，持久性也存在問題，從命令執行到保存到硬碟之間，仍舊存在時間差
- AOF方式恢復緩慢、維護文件龐大，維護管理成本都會非常高，重建時間也很長
綜合來看，社區版Redis的持久化能力有限，不足以支援事務的持久性要求。
GaussDB(for Redis)
高斯Redis採用存算分離的設計理念，底層使用高性能分散式存儲池保存全量數據，結合RocksDB存儲引擎，可保證核心數據的可靠存儲，架構圖：
GaussDB(for Redis)核心優勢：
- 核心數據存儲：全量數據落盤，3副本冗餘，不怕丟數據
- 高可用：秒級故障接管，即使N-1節點故障，全量數據也可用
- 低時延：自動冷熱分離，亞毫秒級時延，能Hold快取場景
- 高吞吐：全部節點可寫，QPS可水平擴展，能抗流量高峰
- 強一致：3副本強一致同步，不會發生臟讀，業務免踩坑
- 秒擴容：例如，8G到64G擴容只需1秒，且對業務0影響
- 降成本：數據量越大價格越香，能夠真正幫用戶省成本
高斯Redis強大的持久化保障，支援核心數據的可靠存儲，也為事務的執行提供了有力的保證。
2.4 一致性
從資料庫層面，資料庫通過原子性、隔離性、持久性來保證一致性，可以說在ACID中一致性是事務的目的，其他特性是手段。
如上文所述，開源Redis在原子性和持久性上都存在種種問題，一致性自然也無法保障。在上述特性的保障下，不論是正常執行還是存在命令失敗場景，高斯Redis事務都有可靠的一致性。
2.5 對比總結
通過上述介紹我們從事務的四大特性出發詳細地介紹了高斯Redis的事務，最後做一個總結：
3. 結語
近年來，以Redis為代表的KV資料庫逐漸在越來越多的場景發揮作用，而高斯Redis作為華為雲旗艦KV資料庫，可滿足企業核心數據的可靠存儲要求。
高斯Redis的事務能力相比社區版Redis有極大提升，在ACID事務的加持下，更可在「庫存」、「交易」等關鍵場景簡化業務設計，帶來可靠數據存儲能力。
4. 附錄
- 本文作者：華為雲資料庫GaussDB(for Redis)團隊
- 杭州/西安/深圳簡歷投遞：yuwenlong4@huawei.com
- 產品資料導航：//bbs.huaweicloud.com/blogs/248875
