Redis中的Lua脚本是否是原子性操作？详解

1. Redis中的Lua脚本是原子性操作吗？

在回答这个问题之前，我们首先要明确，Lua脚本中所指的原子性与我们通常意义上的原子性不一样。

我们通常所说的原子性是数据库中事务四大特性ACID（即原子性、一致性、隔离性、持久性）中的原子性，它是指一个事务中的所有操作要么全部成功执行，要么不执行。不执行的情况是指如果在事务执行的过程中，发生了异常或者死锁等，会将之前对数据库所做的全部操作撤销，将数据库的状态回滚到事务执行前的状态（具体原理可以了解一下MVCC）。而Lua脚本的原子性是指Redis在执行lua脚本的过程中将其视为一个不可分割的整体，在执行过程中不会被其他命令或请求打断，会严格按照脚本的流程顺序执行完毕。

1.1. Lua脚本的原子性与回滚

我们都知道Redis是不支持事务回滚的，因为Redis的设计初衷就是简单、高效，常用作缓存，而要实现事务的回滚需要额外的机制和数据结果来保证（参考MySQL中的MVCC和数据项中的回滚指针及事务id），因此Redis不支持回滚，而Lua脚本是不仅支持原子性也支持回滚，即Lua脚本在执行过程中如果发生了异常，对于异常发生前已经执行的指令，会进行撤销，以此来实现回滚的效果。

例如，假设有一个Lua脚本：

redis.call("SET", "key1", "value1")
local result = redis.call("INCR", "key2")
if result > 10 thenerror("Value too large!")  -- 触发异常
end
redis.call("SET", "key3", "value3")

如果 INCR key2返回的结果大于10，脚本会抛出异常，在这种情况下：

SET key1 "value1" 已经执行，但因为脚本中途抛出了异常，Redis 并不会将该操作实际应用到数据库中。
同样地，SET key3 "value3" 也不会被执行，因为脚本在之前就已经中止了。
整个 Lua 脚本要么全部成功，要么在异常时所有的操作都不会生效。

1.2. 为什么Lua脚本发生异常时，已修改的部分不会生效？

当Lua脚本在执行过程中发生异常时，Redis会中止脚本的运行，并且确保已经执行的命令不会对Redis服务器中的数据产生任何影响，这是因为：Redis在Lua脚本执行期间会”预执行“所有命令。当Lua脚本调用Redis.call()来执行Redis命令时，这些命令实际上并没有立即作用到Redis数据库中，只有当整个脚本成功执行完毕后，Redis才会将这些命令应用到Redis数据库中。如果脚本中途抛出异常，Redis 会抛弃脚本执行过程中产生的所有操作，而不会将任何结果写入数据库。因此Lua脚本能够支持回滚操纵。

1.3. Lua脚本原子性实现的技术原理

Redis通过以下机制来确保Lua脚本的原子性：

单线程执行：由于Redis的网络I/O和键值对的读写操作是单线程的，Redis执行Lua脚本时，会把Lua脚本作为一个整体并把它当作一个任务加入到一个队列中，然后单线程按照队列的顺序依次执行这些任务，确保了Lua脚本从头到尾作为一个整体独立进行执行。
延迟应用：Redis在执行Lua脚本时，所有的命令实际上并不会立即作用到数据库（区别于MySQL），而是”预执行“所有命令，将结果放入内部缓存中。当脚本全部成功执行完毕后，Redis会一次性将脚本中所有的命令结果应用到Redis数据库中，相反如果发生异常，则不会有任何命令结果被应用。