基于TairString实现高性能乐观锁 - 云数据库 Tair（兼容 Redis®）

在大量请求并发访问和更新实例中储存的共享资源时，必须有一种精准高效的并发控制机制来防止逻辑异常和数据错误，乐观锁就是这样一种机制。比起原生Redis，Tair（企业版）的TairString模块能帮助您实现性能更高、成本更低的乐观锁。

并发与Last-Writer-Win

下图展示了一个典型的并发导致资源竞争的场景：

初始状态，string类型数据key_1的值为hello。
t1时刻，App1读取到key_1的值hello。
t2时刻，App2读取到key_1的值hello。
t3时刻，App1将key_1的值修改为world。
t4时刻，App2将key_1的值修改为universe。

key_1的值是由最后一次写入决定的，到了t4时刻，App1对key_1的认知已经出现了明显的误差，后续操作很可能出现问题，这就是所谓的Last-Writer-Win。要解决Last-Writer-Win问题，就需要保证访问并更新String数据这个操作的原子性，或者说，将作为共享资源的String数据转变为具有原子性的变量。您可以使用exString数据结构，构建高性能的乐观锁来达成这个效果。

使用TairString实现乐观锁

TairString，又称为exString（extended string），是一种带版本号的String类型数据结构。原生Redis String仅由Key和Value组成，而TairString不仅包含Key和Value，还携带了版本（Version），非常适合乐观锁等场景。更多介绍及命令详情信息请参见exString。

说明

TairString与Redis原生String是两种不同的数据结构，相关命令不可混用。

TairString有以下特性：

每个Key都带有Version，用于说明当前Value的版本。使用EXSET命令新建Key时，默认Version为1。
使用EXGET命令查询Key时，可以获取到Value和Version两个字段。
更新Value时，需要校验Version，如果校验失败会返回异常信息ERR update version is stale；校验成功则更新Value，且自动将Version加1。
除了比特位（bit）相关操作外，TairString可以覆盖原生Redis String的所有其它功能。

因为这些特性，使得TairString类型数据具有了锁的机制，使用TairString实现乐观锁就非常方便了，示例如下：

while(true){
    {value, version} = EXGET(key);      // 获取Key的Value和Version
    value2 = update(...);               // 先将新Value保存到Value2
    ret = EXSET(key, value2, version);  // 尝试更新Key并将返回值赋予变量ret
    if(ret == OK)
       break;                           // 如果返回值为OK则更新成功，跳出循环
    else if (ret.contains("version is stale"))     
       continue;                        // 如果返回值包含"version is stale"则更新失败，重复循环
}

说明

删除TairString后，即便以相同的key重新设置一条TairString，其Version也会是1，而不会继承原TairString的Version。
使用ABS选项可以跳过Version校验强行覆盖Version并更新TairString，详情参见EXSET。

降低乐观锁的性能消耗

前文的示例代码中，如果在执行EXGET后该共享资源被其它客户端更新了，当前客户端会获取到更新失败的异常信息，然后重复循环，再次执行EXGET获取共享资源的当前Value和Version，直到更新成功，这样每次循环都有两次访问Redis的IO操作。如果使用TairString的EXCAS命令，可以将两次访问减少为一次，极大地节约系统资源消耗，提升高并发场景下的服务性能。

EXCAS命令可以在调用时携带一个用于校验的Version值，如果校验成功则直接更新TairString的Value，如果校验失败则返回三个字段：

"ERR update version is stale"
Value
Version

更新失败后可以直接得到TairString当前的版本，无需再次查询，将原本每个循环需要进行两次的访问减少到一次。示例如下：

while(true){
    {ret, value, version} = excas(key, new_value, old_version)    // 直接尝试用CAS命令置换Value
    if(ret == OK)
       break;                                                     // 如果返回值为OK则更新成功，跳出循环
    else (if ret.contains("update version is stale"))             // 如果返回值包含"update version is stale"则更新失败，更新两个变量
       update(value);
       old_version = version;
 }