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基于 Redis 实现 CAS 操作

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# 基于 Redis 实现 CAS 操作 ## Intro 在 .NET 里并发情况下我们可以使用 `Interlocked.CompareExchange` 来实现 CAS (Compare And Swap) 操作,在分布式的情景下很多时候我们都会使用 Redis ,最近在改之前做的一个微信小游戏项目,之前是单机运行的,有些数据存储是基于内存的,直接基于对象操作的,最近要改成支持分布式的,于是引入了 redis,原本基于内存的数据就要迁移到 redis 中存储,原来的代码里有一些地方使用了 `Interlocked.CompareExchange` 来实现 CAS 操作,迁移到 redis 中之后也需要类似的功能,于是就想基于 redis 实现 CAS 操作。 ## CAS CAS (Compare And Swap) 通常可以使用在并发操作中更新某一个对象的值,CAS 是无锁操作,CAS 相当于是一种乐观锁,而直接加锁相当于是悲观锁,所以相对来说 CAS 操作 是会比直接加锁更加高效的。 ## Redis Lua redis 从 2.6.0 版本开始支持 Lua 脚本,Lua 脚本的执行是原子性的,所以我们在实现基于 redis 的分布式锁释放锁的时候或者下面要介绍的实现CAS 操作的,要执行多个操作但是希望操作是原子操作的时候就可以借助 Lua 脚本来实现(也可以使用事务来做) ## 基于 Redis Lua 实现 CAS String CAS Lua Script: KEYS[1] 对应要操作的String 类型的 redis 缓存的 key,ARGV[1]对应要比较的值,值相同则更新成 ARGV[2],并返回 1,否则返回 0 ``` lua if redis.call(""get"", KEYS[1]) == ARGV[1] then redis.call(""set"", KEYS[1], ARGV[2]) return 1 else return 0 end ``` Hash CAS Lua Script: KEYS[1] 对应要操作的 Hash 类型的 redis 缓存的 key,ARGV[1] 对应 Hash 的 field,ARGV[2]对应要比较的值,值相同则更新成 ARGV[3],并返回 1,否则返回 0 ``` lua if redis.call(""hget"", KEYS[1], ARGV[1]) == ARGV[2] then redis.call(""hset"", KEYS[1], ARGV[1], ARGV[3]) return 1 else return 0 end ``` ## 基于 StackExchange.Redis 的实现 为了方便使用,基于 `IDatabase` 提供了几个方便使用的扩展方法,实现如下: ``` csharp public static bool StringCompareAndExchange(this IDatabase db, RedisKey key, RedisValue newValue, RedisValue originValue) { return (int)db.ScriptEvaluate(StringCasLuaScript, new[] { key }, new[] { originValue, newValue }) == 1; } public static async Task StringCompareAndExchangeAsync(this IDatabase db, RedisKey key, RedisValue newValue, RedisValue originValue) { return await db.ScriptEvaluateAsync(StringCasLuaScript, new[] { key }, new[] { originValue, newValue }) .ContinueWith(r => (int)r.Result == 1); } public static bool HashCompareAndExchange(this IDatabase db, RedisKey key, RedisValue field, RedisValue newValue, RedisValue originValue) { return (int)db.ScriptEvaluate(HashCasLuaScript, new[] { key }, new[] { field, originValue, newValue }) == 1; } public static async Task HashCompareAndExchangeAsync(this IDatabase db, RedisKey key, RedisValue field, RedisValue newValue, RedisValue originValue) { return await db.ScriptEvaluateAsync(HashCasLuaScript, new[] { key }, new[] { field, originValue, newValue }) .ContinueWith(r => (int)r.Result == 1); } ``` ## 实际使用 使用可以参考下面的测试代码: ``` csharp [Fact] public void StringCompareAndExchangeTest() { var key = "test:String:cas"; var redis = DependencyResolver.Current .GetRequiredService() .GetDatabase(); redis.StringSet(key, 1); // set to 3 if now is 2 Assert.False(redis.StringCompareAndExchange(key, 3, 2)); Assert.Equal(1, redis.StringGet(key)); // set to 4 if now is 1 Assert.True(redis.StringCompareAndExchange(key, 4, 1)); Assert.Equal(4, redis.StringGet(key)); redis.KeyDelete(key); } [Fact] public void HashCompareAndExchangeTest() { var key = "test:Hash:cas"; var field = "testField"; var redis = DependencyResolver.Current .GetRequiredService() .GetDatabase(); redis.HashSet(key, field, 1); // set to 3 if now is 2 Assert.False(redis.HashCompareAndExchange(key, field, 3, 2)); Assert.Equal(1, redis.HashGet(key, field)); // set to 4 if now is 1 Assert.True(redis.HashCompareAndExchange(key, field, 4, 1)); Assert.Equal(4, redis.HashGet(key, field)); redis.KeyDelete(key); } ``` ## References - [https://redis.io/commands/eval](https://redis.io/commands/eval) - [https://redisbook.readthedocs.io/en/latest/feature/scripting.html](https://redisbook.readthedocs.io/en/latest/feature/scripting.html) - [https://github.com/WeihanLi/WeihanLi.Redis/blobhttps://img.qb5200.com/download-x/dev/src/WeihanLi.Redis/RedisExtensions.cs](https://github.com/WeihanLi/WeihanLi.Redis/blobhttps://img.qb5200.com/download-x/dev/src/WeihanLi.Redis/RedisExtensions.cs) - [https://github.com/WeihanLi/WeihanLi.Redis/blobhttps://img.qb5200.com/download-x/dev/test/WeihanLi.Redis.UnitTest/RedisExtensionsTest.cs](https://github.com/WeihanLi/WeihanLi.Redis/blobhttps://img.qb5200.com/download-x/dev/test/WeihanLi.Redis.UnitTest/RedisExtensionsTest.cs)

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