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Node.js 中实践 Redis Lua 脚本

对别人的意见要表示尊重。千万别说："你错了。"——卡耐基

Lua 是一种轻量小巧的脚本语言，用标准 C 语言编写并以源代码形式开放，其设计目的是为了嵌入应用程序中，从而为应用程序提供灵活的扩展和定制功能。由于 Lua 语言具备原子性，其在执行的过程中不会被其它程序打断，对于并发下数据的一致性是有帮助的。

作者简介：五月君，Nodejs Developer，慕课网认证作者，热爱技术、喜欢分享的 90 后青年，欢迎关注 Nodejs技术栈 和 Github 开源项目 https://www.nodejs.red

Redis 的两种 Lua 脚本

Redis 支持两种运行 Lua 脚本的方式，一种是直接在 Redis 中输入 Lua 代码，适合于一些简单的脚本。另一种方式是编写 Lua 脚本文件，适合于有逻辑运算的情况，Redis 使用 SHA1 算法支持对脚本签名和 Script Load 预先缓存，需要运行的时候通过签名返回的标识符即可。

下面会分别介绍如何应用 Redis 提供的 EVAL、EVALSHA 两个命令来实现对 Lua 脚本的应用，同时介绍一些在 Node.js 中该如何去应用 Redis 的 Lua 脚本。

EVAL

Redis 2.6.0 版本开始，通过内置的 Lua 解释器，可以使用 EVAL 命令对 Lua 脚本进行求值

  • script：执行的脚本
  • numkeys：指定键名参数个数
  • key：键名，可以多个（key1、key2），通过 KEYS[1] KEYS[2] 的形式访问
  • atg：键值，可以多个（val1、val2），通过 ARGS[1] ARGS[2] 的形式访问
EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]

EVAL Redis 控制台实践

按照上面命令格式，写一个实例如下，通过 KEYS[] 数组的形式访问 ARGV[]，这里下标是以 1 开始，KEYS[1] 对应的键名为 name1，ARGV[2] 对应的值为 val2

127.0.0.1:6379> EVAL "return redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[2])" 2 name1 name2 val1 val2
OK

执行以上命令，通过 get 查看 name1 对应的值为 val2

127.0.0.1:6379> get name1
"val2"

注意：以上命令如果不使用 return 将会返回 (nil)

127.0.0.1:6379> EVAL "redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[2])" 2 name1 name2 val1 val2
(nil)

redis.call VS redis.pcall

redis.call 和 redis.pcall 是两个不同的 Lua 函数来调用 redis 命令，两个命令很类似，区别是如果 redis 命令中出现错误异常，redis.call 会直接返回一个错误信息给调用者，而 redis.pcall 会以 Lua 的形式对错误进行捕获并返回。

使用 redis.call

这里执行了两条 Redis 命令，第一条故意写了一个 SET_ 这是一个错误的命令，可以看到出错后，错误信息被抛出给了调用者，同时你执行 get name2 会得到 (nil)，第二条命令也没有被执行

127.0.0.1:6379> EVAL "redis.call('SET_', KEYS[1], ARGV[2]); redis.call('SET', KEYS[2], ARGV[3])" 2 name1 name2 val1 val2 val3
(error) ERR Error running script (call to f_bf814e38e3d98242ae0c62791fa299f04e757a7d): @user_script:1: @user_script: 1: Unknown Redis command called from Lua script

使用 redis.pcall

和上面同样的操作，使用 redis.pcall 可以看到输出结果为 (nil) 它的错误被 Lua 捕获了，这时我们在执行 get name2 会得到一个设置好的结果 val3，这里第二条命令是被执行了的。

EVAL "redis.pcall('SET_', KEYS[1], ARGV[2]); redis.pcall('SET', KEYS[2], ARGV[3])" 2 name1 name2 val1 val2 val3
(nil)

EVAL 在 Node.js 中实现

ioredis 支持所有的脚本命令，比如 EVAL、EVALSHA 和 SCRIPT。但是，在现实场景中使用它是很繁琐的，因为开发人员必须注意脚本缓存，并检测何时使用 EVAL，何时使用 EVALSHA。ioredis 公开了一个 defineCommand 方法，使脚本更容易使用。

const Redis = require("ioredis");
const redis = new Redis(6379, "127.0.0.1");

const evalScript = `return redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[2])`;

redis.defineCommand("evalTest", {
    numberOfKeys: 2,
    lua: evalScript,
})

async function eval() {
    await redis.evalTest('name1', 'name2', 'val1', 'val2');
    const result = await redis.get('name1');
    console.log(result); // val2
}

eval();

EVALSHA

EVAL 命令要求你在每次执行脚本的时候都发送一次脚本主体 (script body)。Redis 有一个内部的缓存机制，因此它不会每次都重新编译脚本，通过 EVALSHA 来实现，根据给定的 SHA1 校验码，对缓存在服务器中的脚本进行求值。SHA1 怎么生成呢？通过 script 命令，可以对脚本缓存进行操作

  • SCRIPT FLUSH：清除所有脚本缓存
  • SCRIPT EXISTS：检查指定的脚本是否存在于脚本缓存
  • SCRIPT LOAD：将一个脚本装入脚本缓存，但并不立即运行它
  • SCRIPT KILL：杀死当前正在运行的脚本

EVALSHA 命令格式

同上面 EVAL 不同的是前面 EVAL script 换成了 EVALSHA sha1

EVALSHA sha1 numkeys key [key ...] arg [arg ...]

EVALSHA Redis 控制台实践

载入脚本缓存

127.0.0.1:6379> SCRIPT LOAD "redis.pcall('SET', KEYS[1], ARGV[2]);"
"2a3b189808b36be907e26dab7ddcd8428dcd1bc8"

以上脚本执行之后会返回一个 SHA-1 签名过后的标识字符串，这个字符串用于下面命令执行签名之后的脚本

127.0.0.1:6379> EVALSHA 2a3b189808b36be907e26dab7ddcd8428dcd1bc8 2 name1 name2 val1 val2

进行 get 操作读取 name1 的只为 val2

127.0.0.1:6379> get name1
"val2"

EVALSHA 在 Node.js 中实现

分为三步：缓存脚本、执行脚本、获取数据

const Redis = require("ioredis");
const redis = new Redis(6379, "127.0.0.1");

const evalScript = `return redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[2])`;

async function evalSHA() {
    // 1. 缓存脚本获取 sha1 值
    const sha1 = await redis.script("load", evalScript);
    console.log(sha1); // 6bce4ade07396ba3eb2d98e461167563a868c661

    // 2. 通过 evalsha 执行脚本
    await redis.evalsha(sha1, 2, 'name1', 'name2', 'val1', 'val2');

    // 3. 获取数据
    const result = await redis.get("name1");
    console.log(result); // "val2"
}

evalSHA();

Lua 脚本文件

有逻辑运算的脚本，可以编写 Lua 脚本文件，编写一些简单的脚本也不难，可以参考这个教程 https://www.runoob.com/lua/lua-tutorial.html

Lua 文件

以下是一个测试代码，通过读取两个值比较返回不同的值，通过 Lua 脚本实现后可以多条 Redis 命令的原子性。

-- test.lua

-- 先 SET
redis.call("SET", KEYS[1], ARGV[1])
redis.call("SET", KEYS[2], ARGV[2])

-- GET 取值
local key1 = tonumber(redis.call("GET", KEYS[1]))
local key2 = tonumber(redis.call("GET", KEYS[2]))

-- 如果 key1 小于 key2 返回 0
-- nil 相当于 false
if (key1 == nil or key2 == nil or key1 < key2) 
then 
    return 0
else 
    return 1
end

Node.js 中加载 Lua 脚本文件

和上面 Node.js 中应用 Lua 差别不大，多了一步，通过 fs 模块先读取 Lua 脚本文件，在通过 eval 或者 evalsha 执行。

const Redis = require("ioredis");
const redis = new Redis(6379, "127.0.0.1");
const fs = require('fs');

async function test() {
    const redisLuaScript = fs.readFileSync('./test.lua');
    const result1 = await redis.eval(redisLuaScript, 2, 'name1', 'name2', 20, 10);
    const result2 = await redis.eval(redisLuaScript, 2, 'name1', 'name2', 10, 20);
    console.log(result1, result2); // 1 0
}

test();