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Lua 脚本在 Redis 中的运用-22

news 来源：原创 2025/5/26 6:54:18

Lua 脚本在 Redis 中的介绍

Redis 脚本允许您直接在 Redis 服务器上执行 Lua 脚本。这提供了一种强大的方式来实现复杂逻辑、减少网络延迟并确保原子性。通过在 Redis 中嵌入脚本，您可以将多个操作作为一个单元来执行，从而最大限度地减少您的应用程序和数据库之间的往返通信。本章节将涵盖使用 Lua 的 Redis 脚本基础知识，包括如何编写、执行和管理脚本。

Redis 中的 Lua 脚本简介

Redis 使用 Lua 作为其脚本语言。Lua 是一种轻量级、可嵌入的脚本语言，以其简单性和速度而闻名。Redis 脚本允许您通过编写自定义命令和执行复杂的操作来扩展 Redis 的功能，这些操作原本需要客户端和服务器之间进行多次往返。

为什么使用 Lua 脚本？

原子性： 脚本原子执行，意味着整个脚本作为一个单一操作执行。这确保了数据一致性并防止了竞态条件。
降低延迟： 通过在服务器上执行脚本，您可以减少网络往返次数，这可以显著提高性能，特别是对于复杂的操作。
代码可重用性： 脚本可以存储在服务器上并在多个客户端之间重用，从而促进代码重用并简化应用程序逻辑。
可扩展性： Lua 脚本允许您通过创建针对特定需求的自定义命令来扩展 Redis 的功能。

Redis 的基本 Lua 语法

Lua 语法相对简单。以下是一些基本元素：

变量： 变量是动态类型的，不需要显式声明。

local my_variable = "Hello, Redis!"
local my_number = 42

数据类型： Lua 支持多种数据类型，包括：
- string : 文本数据。
- number ：数值数据（包括整数和浮点数）。
- boolean ： true或false 。
- table : 一种通用的数据结构，可以用作数组或字典。

控制结构： Lua 提供了像 if、else、for 和 while 这样的控制结构。

if my_number > 0 thenprint("Positive number")
elseprint("Non-positive number")
endfor i = 1, 5 doprint(i)
end

函数： 函数使用 function 关键字定义。

function add(a, b)return a + b
endlocal sum = add(5, 3)
print(sum) -- Output: 8

在 Redis 中执行 Lua 脚本

Redis 提供了两种执行 Lua 脚本的主要方式：

EVAL： 通过将脚本源代码传递给 Redis 服务器来直接执行脚本。
EVALSHA： 通过 Lua 脚本的 SHA1 哈希值来执行脚本。这要求脚本首先被加载到 Redis 服务器的脚本缓存中。

使用 EVAL

EVAL 命令接受脚本源代码、键的数量和键名作为参数。

EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]

script : 要执行的 Lua 脚本。
numkeys: 脚本后面跟随的键名数量。
key [key ...]: 脚本将操作的键名。这些键可以在脚本中使用 KEYS 表格访问（例如，KEYS[1]、KEYS[2]）。
arg [arg ...]: 可传递给脚本的额外参数。这些参数可以通过脚本的 ARGV 表格访问（例如，ARGV[1]、ARGV[2]）。

示例：

EVAL "return redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1])" 1 mykey "myvalue"

在这个例子中：

脚本将键 mykey 的值设置为 myvalue。
numkeys 是 1，表示提供了一个键名。
KEYS[1] 是 mykey。
ARGV[1] 是 myvalue。

使用 EVALSHA

EVALSHA 命令通过其 SHA1 哈希值执行脚本。在使用 EVALSHA 之前，你必须使用 SCRIPT LOAD 命令将脚本加载到 Redis 服务器的脚本缓存中。

SCRIPT LOAD script

该命令返回脚本的 SHA1 哈希值。然后您可以使用 EVALSHA 对此哈希值进行操作。

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

sha1: 脚本的 SHA1 哈希值。
numkeys: 后面跟着 SHA1 哈希值的键名数量。
key [key ...]: 脚本将操作的键名。
arg [arg ...]: 可以传递给脚本的其他参数。

示例：

首先，加载脚本：

SCRIPT LOAD "return redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1])"

这将返回脚本的 SHA1 哈希值，例如， "a6b4d2b0a70c7c7a8a8a8a8a8a8a8a8a8a8a8a8" 。

然后，使用 EVALSHA 执行脚本：

EVALSHA a6b4d2b0a70c7c7a8a8a8a8a8a8a8a8a8a8a8a8 1 mykey "myvalue"

EVALSHA 的优点

减少带宽使用：EVALSHA 通过仅发送脚本的 SHA1 哈希值而不是整个脚本源代码来减少带宽使用。
性能提升： 通过 SHA1 哈希执行脚本可以更快，因为脚本已经在服务器上编译并缓存了。

与 Lua 脚本交互 Redis

在 Lua 脚本中，你可以使用 redis.call() 函数与 Redis 进行交互。该函数允许你从脚本中执行 Redis 命令。

redis.call(command, arg1, arg2, ...)

command ：要执行的 Redis 命令（例如，"SET"、"GET"、"HSET"）。
arg1, arg2, …: 要传递给命令的参数。

示例：

设置一个键：
```
redis.call("SET", "mykey", "myvalue")
```

获取一个键：

local value = redis.call("GET", "mykey")
return value

递增计数器:
```
redis.call("INCR", "mycounter")
```

获取集合的所有成员：

local members = redis.call("SMEMBERS", "myset")
return members

错误处理在 Lua 脚本中

Lua 脚本可以使用 pcall() 函数来处理错误，该函数以受保护模式执行一个函数。如果发生错误，pcall() 会返回 false 和一个错误消息。否则，它会返回 true 和函数的结果。

local status, result = pcall(redis.call, "GET", "nonexistent_key")if not status then-- Handle the errorreturn "Error: " .. result
else-- Process the resultif result thenreturn resultelsereturn "Key not found"end
end

在这个例子中，pcall() 尝试在一个不存在的键上执行 GET 命令。如果键不存在，pcall() 捕获错误并返回适当的消息。

Lua 脚本的实际应用示例

原子计数器

Lua 脚本的一个常见用例是实现原子计数器。这确保了计数器的递增或递减是原子操作，防止出现竞态条件。

-- Atomically increment a counter and return the new value
local key = KEYS[1]
local increment = tonumber(ARGV[1])local current_value = redis.call("GET", key)
if not current_value thencurrent_value = 0
endlocal new_value = tonumber(current_value) + increment
redis.call("SET", key, new_value)return new_value

要执行此脚本：

EVAL "local key = KEYS[1]\nlocal increment = tonumber(ARGV[1])\n\nlocal current_value = redis.call(\"GET\", key)\nif not current_value then\n current_value = 0\nend\n\nlocal new_value = tonumber(current_value) + increment\nredis.call(\"SET\", key, new_value)\n\nreturn new_value" 1 mycounter 5

这个脚本原子性地将计数器 mycounter 增加到 5 并返回新值。

速率限制

另一个常见的用例是实现速率限制。这允许您控制用户在特定时间段内可以发起的请求数量。

-- Rate limiting script
local key = KEYS[1] -- Key to store the request count
local limit = tonumber(ARGV[1]) -- Maximum number of requests
local expiry = tonumber(ARGV[2]) -- Time window in secondslocal current_count = redis.call("GET", key)
if not current_count thenredis.call("SET", key, 1)redis.call("EXPIRE", key, expiry)return 1
elselocal count = tonumber(current_count)if count < limit thenredis.call("INCR", key)return count + 1elsereturn 0 -- Rate limit exceededend
end

要执行此脚本：

EVAL "local key = KEYS[1] -- Key to store the request count\nlocal limit = tonumber(ARGV[1]) -- Maximum number of requests\nlocal expiry = tonumber(ARGV[2]) -- Time window in seconds\n\nlocal current_count = redis.call(\"GET\", key)\nif not current_count then\n redis.call(\"SET\", key, 1)\n redis.call(\"EXPIRE\", key, expiry)\n return 1\nelse\n local count = tonumber(current_count)\n if count < limit then\n redis.call(\"INCR\", key)\n return count + 1\n else\n return 0 -- Rate limit exceeded\n end\nend" 1 user:123:requests 10 60

此脚本将用户 ID 123 的用户限制为每 60 秒最多 10 次请求。

复杂数据操作

Lua 脚本也可以用于复杂的数据操作任务，例如计算多个集合的交集并将结果存储在一个新的集合中。

-- Calculate the intersection of multiple sets and store the result
local destination_key = KEYS[1]
local set_keys = {}
for i = 2, #KEYS dotable.insert(set_keys, KEYS[i])
endlocal intersection = redis.call("SINTER", unpack(set_keys))
if #intersection > 0 thenredis.call("SADD", destination_key, unpack(intersection))
endreturn intersection

要执行此脚本：

EVAL "local destination_key = KEYS[1]\nlocal set_keys = {}\nfor i = 2, #KEYS do\n table.insert(set_keys, KEYS[i])\nend\n\nlocal intersection = redis.call(\"SINTER\", unpack(set_keys))\nif #intersection > 0 then\n redis.call(\"SADD\", destination_key, unpack(intersection))\nend\n\nreturn intersection" 3 intersection_set set1 set2

这个脚本计算 set1 和 set2 的交集，并将结果存储在 intersection_set 中。

Redis 脚本的最佳实践

保持脚本简短简单： 复杂的脚本会影响 Redis 的性能。尽可能保持脚本简短简单。
在生产环境中使用 EVALSHA： 使用 SCRIPT LOAD 将脚本加载到脚本缓存中，并使用 EVALSHA 执行它们，以减少带宽使用并提高性能。
优雅地处理错误： 使用 pcall() 处理错误，防止脚本崩溃。
避免阻塞操作： 在脚本中避免使用 BLPOP 或 BRPOP 等阻塞操作，因为它们可能会阻塞整个 Redis 服务器。
彻底测试： 在将脚本部署到生产环境之前，请彻底测试它们。