华为云企业级Redis揭秘第16期:超越开源Redis的ACID"真"事务

作者: 杭谨

更新时间:2022-03-26 14:30:16

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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
  • 杭州/西安/深圳简历投递:yuwenlong4@huawei.com
  • 产品资料导航:

 

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