Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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);

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。

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。

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。

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:

/**
* Returns: null when used in pipeline / transaction
*/
@Nullable
Double increment(K key, double delta);

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。

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。

是否开启Spring事务注解 Redis普通命令结果
@Transactional ?
非@Transactional ✅正常

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:

/**
    * 测试添加 @Transactional 注解后,Redis操作是否有问题
    */
@RequestMapping("/test-transaction-annotations")
public R testRedis(){
    Long result = ITypeService.testTransactionAnnotations();
    return R.ok(String.valueOf(result));
}

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。

/**
    * 自增
    * @return 自增后的值
    */
@Override
@Transactional
public Long testTransactionAnnotations(){
    //Redis 递增
    return redisTemplate.opsForValue().increment("count", 1);
}

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

图片[1]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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

图片[2]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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。

是否开启Spring事务注解 Redis普通命令结果
@Transactional ✅正常
非@Transactional ✅正常

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

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:

public void testRedisMutil(){
    redisTemplate.setEnableTransactionSupport(true);
    redisTemplate.multi();
    redisTemplate.opsForValue().set("psssjava", "123");
    redisTemplate.opsForValue().set("满心日记", "abc");
    redisTemplate.exec();
}

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。

图片[3]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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

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

场景 是否开启Redis事务支持 是否开启Spring事务注解 Redis普通命令结果
1 setEnableTransactionSupport=false(默认) @Transaction ✅正常
2 setEnableTransactionSupport=false(默认) 非@Transaction ✅正常
3 setEnableTransactionSupport=true @Transaction ?
4 setEnableTransactionSupport=true 非@Transaction ?

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

执行 Redis 事务

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

public void testRedisMutil(){
    redisTemplate.setEnableTransactionSupport(true);
    redisTemplate.multi();
    redisTemplate.opsForValue().set("psssjava", "123");
    redisTemplate.opsForValue().set("满心日记", "abc");
    redisTemplate.exec();
}

如下图所示,设置成功了。

图片[4]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

@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。

@Override
@Transactional
public Long testTransactionAnnotations(){
    //Redis 递增
    return redisTemplate.opsForValue().increment("count", "1");
}

多次执行这个命令返回的结果都是 null,这不就正好重现了!

图片[5]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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。

图片[6]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

场景 是否开启Redis事务支持 是否开启Spring事务注解 Redis普通命令结果
1 setEnableTransactionSupport=false(默认) @Transaction ✅正常
2 setEnableTransactionSupport=false(默认) 非@Transaction ✅正常
3 setEnableTransactionSupport=true @Transaction null
4 setEnableTransactionSupport=true 非@Transaction ?

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。

/**
    * 不添加 Spring 事务注解 @Transactionl
    * @return
    */
@Override
public Long testWithOutTransactionAnnotations(){
    // Redis 递增
    return redisTemplate.opsForValue().increment("count", "1");
}

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。

图片[7]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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。

场景 是否开启Redis事务支持 是否开启Spring事务注解 Redis普通命令结果
1 setEnableTransactionSupport=false(默认) @Transaction ✅正常
2 setEnableTransactionSupport=false(默认) 非@Transaction ✅正常
3 setEnableTransactionSupport=true @Transaction null
4 setEnableTransactionSupport=true 非@Transaction ✅正常

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。

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。

@Override
public Long increment(K key, long delta){
    byte[] rawKey = rawKey(key);
    return execute(connection -> connection.incrBy(rawKey, delta), true);
}

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。

图片[8]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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();

图片[9]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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);

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。

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。

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。

public void testRedisMutil(){
    redisTemplate.setEnableTransactionSupport(true);
    redisTemplate.multi();
    redisTemplate.opsForValue().set("psssjava", "123");
    redisTemplate.opsForValue().set("满心日记", "abc");
    redisTemplate.exec();
    redisTemplate.setEnableTransactionSupport(false);
}

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。

图片[10]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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:

图片[11]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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:

图片[12]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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。

图片[13]-Redis事务导致递增操作返回null的问题及解决方案

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。

@Override
@Transactional
public Long testWithOutTransactionAnnotations(){
    // Redis 递增
    return redisTemplate.opsForValue().increment("count", "1");
}

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。

另外关于 Redis 事务使用还有一个坑,就是 Redis 连接未释放,导致获取不到连接了,这是下一个话题了~

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