一次 Redis 事务使用不当引发的生产事故

缺乏、安全感 2023-09-26 15:48 126阅读 0赞

本文主要内容如下：

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### 一、前言 ###

最近项目的生产环境遇到一个奇怪的问题：

**现象**：每天早上客服人员在后台创建客服事件时，都会**创建失败**。当我们**重启**这个微服务后，后台就可以正常创建了客服事件了。到第二天早上又会创建失败，又得重启这个微服务才行。

**初步排查**：创建一个客服事件时，会用到 Redis 的递增操作来生成一个唯一的**分布式 ID** 作为事件 id。代码如下所示：

return redisTemplate.opsForValue().increment("count", 1);
    复制代码

而恰巧每天早上这个递增操作都会返回 `null`，进而导致后面的一系列逻辑出错，保存客服事件失败。当重启微服务后，这个递增操作又正常了。

> 那么排查的方向就是 Redis 的操作为什么会返回 null 了，以及为什么重启就又恢复正常了。

### 二、排查 ###

根据上面的信息，我们先来看看 Redis 的自增操作在什么情况下会返回 null。

#### 2.1 推测一 ####

根据重启后就恢复正常，我们推测晚上执行了大量的 job，大量 Redis 连接未释放，当早上再来执行 Redis 操作时，执行失败。重启后，连接自动释放了。

但是其他有使用到 Redis 的业务功能又是正常的，**所以推测一的方向有问题，排除**。

#### 2.2 推测二 ####

可能是 Redis 事务造成的问题。这个推测的依据是根据下面的代码来排查的。

直接看 `redisTemplate` 递增的方法 `increment`，如下所示：

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官方注释已经说明什么情况下会返回 null：

*  当在 pipeline（管道）中使用这个 increment 方法时会返回 null。
 *  当在 transaction（事务）中使用这个 increment 方法时会返回 null。

> **事务**提供了一种将多个命令打包，然后一次性、有序地执行机制.
> 
> 多个命令会被入列到事务队列中，然后按先进先出（FIFO）的顺序执行。
> 
> 事务在执行过程中不会被中断，当事务队列中的所有命令都被执行完毕之后，事务才会结束。（内容来自 Redis 设计与实现）

继续看代码，发现在操作 Redis 的 ServiceImpl 实现类的上面添加了一个 @Transactional 注解，推测是不是这个注解影响了 Redis 的操作结果。

#### 2.3 验证推测二 ####

如下面的表格所示，第二行中没有添加 Spring 的事务注解`@Transactional`时，执行 Redis 的递增命令肯定是正常的，而接下来要验证的是表格中的第一行：加了 `@Transactional` 是否对 Redis 的命令有影响。

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为了验证上面的推论，我写了一个 Demo 程序。

**Controller 类**，定义了一个 API，用来模拟前端发起的请求：

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**Service 实现类**，定义了一个方法，用来递增 Redis 中的 count 键，每次递增 1，然后返回命令执行后的结果。而且这个 Service 方法加了@Transactional 注解。

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Postman 测试下，发现每发一次请求，count 都会递增 1，并没有返回 null。

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然后到 Redis 中查看数据，count 的值也是递增后的值 38，也不是 null。

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通过这个实验说明在 @Transactional 注解的方法里面执行 Redis 的操作并不会返回 null，结论我记录到了表格中。

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所以说上面的推论不成立（加了 @Transactional 注解并不影响），**到这里线索似乎断了**。

#### 2.4 推测三 ####

然后跟当时做这块功能的开发人员说明了情况，告诉他可能是 Redis 事务造成的，然后问有没有其他同学在凌晨执行过 Redis 事务相关的 Job。

他说最近有同事加过 Redis 的事务功能，在凌晨执行 Job 的时候用到事务。我将这位同事加的代码简化后如下所示：

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下面是针对这段代码的解释，简单来说就是开启事务，将 Redis 命令顺序放到一个队列中，然后最后一起执行，且保证原子性。

`setEnableTransactionSupport`表示是否开启事务支持，默认不开启。

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> 难道开启了 Redis 事务，还能影响 Spring 事务中的 Redis 操作？

#### 2.5 验证推测三 ####

如下表，序号 3 和 序号 4 的场景都是**开启了 Redis 的事务支持**，两个场景的区别是**是否加了 @Transactional 注解**。

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为了验证上面的场景，我们来做个实验：

*  先开启 Redis 事务支持，然后执行 Redis 的事务命令 multi 和 exec 。
 *  验证场景 3：在 @Transactional 注解的方法中执行 Redis 的递增操作。
 *  验证场景 4：在非 @Transactional 注解的方法中执行 Redis 的递增操作

2.5.1 执行 Redis 事务

首先就用 Redis 的 multi 和 exec 命令来设置两个 key 的值。

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如下图所示，设置成功了。

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2.5.2 @Transactional 中执行 Redis 命令

接下来在标注有 @Transactional 注解的方法中执行 Redis 的递增操作。

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**多次执行这个命令返回的结果都是 null，这不就正好重现了！**

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再来看 Redis 中 count 的值，发现每执行一次 API 请求调用，都会递增 1，所以虽然命令返回的是 null，但最后 Redis 中存放的还是递增后的结果。

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接下来我们验证下场景 4，先执行 Redis 事务操作，然后在**不添加** @Transactional 注解的方法中执行 Redis 递增操作。

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用 Postman 调用这个接口后，正常返回自增后的结果，并不是返回 null。说明在非 @Transactional 中执行 Redis 操作并没有受到 Redis 事务的影响。

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四个场景的结论如下所示，只有第三个场景下，Redis 的递增操作才会返回 null。

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问题原因找到了，说明 RedisTemplete 开启了 Redis 事务支持后，在 @Transactional 中执行的 Redis 命令也会被认为是在 Redis 事务中执行的，要执行的递增命令会被放到队列中，不会立即返回执行后的结果，返回的是一个 null，需要等待事务提交时，队列中的命令才会顺序执行，最后 Redis 数据库的键值才会递增。

### 三、源码解析 ###

那我们就看下为什么开启了 Redis 事务支持，效果就不一样了。

找到 Redis 执行命令的核心方法， execute 方法。

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然后一步一步点进去看，关键代码就是 211 行到 216 行，有一个逻辑判断，当开启了 Redis 事务支持后，就会去绑定一个连接（`bindConnection`），否则就去获取新的 Redis 连接（`getConnection`）。这里我们是开启了的，所以再到 `bindConnection`方法中查看如何绑定连接的。

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接着往下看，关键代码如下所示，当开启了 Redis 事务支持，且添加了 @Transactional 注解时，就会执行 Redis 的 mutil 命令。

**关键代码：conn.multi();**

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**Redis Multi 命令**用于标记一个事务块的开始，事务块内的多条命令会按照先后顺序被放进一个队列当中，最后由 EXEC 命令原子性(atomic)地执行。

> 真相大白，开启 Redis 事务支持 + @Transactional 注解后，最后其实是标记了一个 Redis 事务块，后续的操作命令是在这个事务块中执行的。

比如下面的的递增命令并不会返回递增后的结果，而是返回 null。

stringRedisTemplate.opsForValue().increment("count", 1);
    复制代码

而我们的生产环境重启服务后，开启的 Redis 事务支持又被重置为默认值了，所以后续的 Redis 递增操作都能正常执行。

### 四、修复方案 ###

目前想到了两种解决方案：

*  方案一：每次 Redis 的事务操作完成后，关闭 Redis 事务支持，然后再执行 @Transactional 中的 Redis 命令。（**有弊端**）
 *  方案二：创建两个 StringRedisTemplate，一个专门用来执行 Redis 事务，一个用来执行普通的 Redis 命令。

#### 4.1 方案一 ####

方案一的写法如下，先开启事务支持，事务执行之后，再关闭事务支持。

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**但是这种写法有个弊端**，如果在执行 Redis 事务期间，在 @Transactional 注解的方法里面执行 Redis 命令，则还是会造成返回结果为 null。

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#### 4.2 方案二 ####

弄两个 RedisTemplate Bean，一个是用来执行 Redis 事务的，一个是用来执行普通 Redis 命令的（不支持事务）。不同的地方引入不同的 Bean 就可以了。

先创建一个 RedisConfig 文件，自动装配两个 Bean。一个 Bean 名为 `stringRedisTemplate` 代表不支持事务的，执行命令后立即返回实际的执行结果。另外一个 Bean 名为 `stringRedisTemplateTransaction`，代表开启 Redis 事务支持的。

代码如下所示：

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接下来在测试的 Service 类中注入两个不同的 StringRedisTemplate 实例，代码如下所示：

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Redis 事务的操作改写成这样，且不需要手动开启 Redis 事务支持了。用到的 StringRedisTemplate 是支持事务的那个实例。

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在 Spring 的 @Tranactional 中执行的 Redis 命令如下所示，用到的 StringRedisTemplate 是不支持事务的那个实例。

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然后还是按照上面场景 3 的测试步骤，先执行 testRedisMutil 方法，再执行 testTransactionAnnotations 方法。

**验证结果**：Redis 递增操作正常返回 count 的值，修复完成。

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