高并发下Redis如何保持数据一致性（避免读后写）

通常意义上我们说读后写是指针对同一个数据的先读后写，且写入的值依赖于读取的值。

关于这个定义要拆成两部分来看，一：同一个数据；二：写依赖于读。（记住这个拆分，后续会用到，记为定义一、定义二）只有当这两部分都成立时，读后写的问题才会出现。

在项目中，当面对较多的并发时，使用redis进行读后写操作，是非常容易出问题的，常常使得程序不具备鲁棒性，bug很难稳定复现（得到的值往往跟并发数有关）。
举个栗子：
存在A、B两个进程，同时操作下面这段代码：

$objRedis = new Redis();
//获取key
$intNum = $objRedis->get('key');
if ($intNum == 1) {
//如果key的值为1，则给key加1
$bolRet = $objRedis->incr('key');

//do something...
}
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如果A进程先get到了key，而此时key的值为1；
同时，B进程此时也get到了key，同样key值为1；
B进程运行的快，先进行了if判断，发现满足条件，于是对key进行了累加操作，此时key变成了2；
A进程对B进程修改了key这个操作茫然无知，所以当它继续运行走到if判断条件时，由于它get的key是1，因此也满足条件，于是A进程也会对key进行累加操作，但是由于key已经被B进行累加过一次（key的值已经是2），因此当A再累加，key最终就变成了3。
实际上，代码的本意是希望key为1时执行一些操作，但当出现并发的时候，这段代码很难满足期望！
如果这样的代码出现在抽奖、秒杀等活动中，那就只能期望公司不会让个人承担损失了（汗）。
以上就是一个比较简单的读后写的问题。

对于这段代码其实很好解决，尤其是如果key的值本身没有意义的时候：

$objRedis = new Redis();
//获取key
$intNum = $objRedis->incr('key');
if ($intNum == 1) {
//do something...
}
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以上代码使用了incr原子型操作，限制了并发（相当于加锁），就不会出现上述问题了。

但是，如果这个key如果是有意义的呢，那就不能随意改变，这种情况我们该怎么办？

详细说明
下面我举一个更具体的例子，然后从这个例子出发来抛几块砖（个人想的解决办法），希望引出更多的玉。

例子如下：
有一个活动，需要根据用户连续参与天数进行发奖，规则如下：

连续参与1-3天，每天额外奖励10金币；
连续参加4-7天，每天额外奖励50金币；
连续参加8-15天，每天额外奖励100金币；
连续参加15天以上，每天额外奖励200金币；
简单思路（使用读后写）：

对每个用户使用一个hash存储，其中一个字段表示连续天数(‘sequence’)，另一个字段存储最近参与日期(‘lastdate’)。
精简版代码如下：

$objRedis = new Redis();
//根据用户ID，生成redis的key
$strRedisKey = 'activity_' . $intUid;
//从Hash中获取最近参与时间
$mixDate = $objRedis->HGET($strRedisKey, 'lastdate');

$intLastDate = intval($mixDate);
$intYesterDay = intval(date("Ymd", strtotime("-1 day")));
$intCurrDate = intval(date('Ymd'));
$intNum = 0;//连续天数
if ($intCurrDate == $intLastDate) {
//今天已经参与过，直接跳过
return;
} elseif ($intLastDate == $intYesterDay) {
//日期连续，增加连续天数
$intNum = $objRedis->HINCRBY($strRedisKey, 'sequence', 1);
if ($intNum > 0) {
//将最近参与时间设置为当天
$objRedis->HSET($strRedisKey, 'lastdate', $intCurrDate);
}
} else {
//日期不连续，设置连续天数为1，最近参与时间为当天
$intNum = 1;
$objRedis->HMSET($strRedisKey, 'sequence', $intNum, 'lastdate', $intCurrDate);
}

//do something(根据$intNum发放金币等操作)...
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很明显，这也是一个读后写的方法——先获取最近参与日期，再根据条件修改最近参与日期（定义一二都被满足了），这个方法在高并发的时候很有可能会导致连续天数的错误累加。

那么，这个例子如何避免读后写呢？
方法其实有很多，这里先举两个：

方法1：

通过使定义一或二不成立，从而使得读后写的问题不存在。

按日期进行存储——将redis的key按日期进行划分，比如用户ID为123的key从redis_123变为redis_123_20171225。这样的话，其实相当于避免了读写同一份数据。
代码如下：

$objRedis = new Redis();
//根据用户ID，生成redis的key
$strCurrRedisKey = 'activity_' . $intUid . '_' . date('Ymd');
//从Hash中获取最近参与时间
$mixNum = $objRedis->GET($strCurrRedisKey);

$intNum = 0;//连续天数
if (is_null($mixNum)) {
//当天还没被处理过，查找前一天的记录
$strLastRedisKey = 'activity_' . $intUid . '_' . intval(date("Ymd", strtotime("-1 day")));
$mixLastNum = $objRedis->GET($strLastRedisKey);
//计算连续天数
$intNum = intval($mixLastNum) + 1;
//设置当天的连续天数，并给这个key一周的过期时间
$objRedis->SETEX($strCurrRedisKey, 604800, $intNum);
} else {
//今天已经操作了，直接返回
return;
}

//do something(根据$intNum发放金币等操作)...
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这个思路是通过读昨天的数据后修改今天的数据，来达到避免对同一份数据读后写的目的的（使得定义一不成立，从而消除读后写的问题）。
这里虽然在最开始的时候也读取了今天的数据，但由于最后对今天的数据的修改只依赖于昨天的数据（今天的数据=昨天数据+1），而不依赖于读到的今天的数据，所以也就没有读后写的问题了（所以也可以看作是使定义二不成立）。

方法二：

限制并发。

方法一是使定义一或二不成立，从而解决读后写的问题。这里就不再在定义一或二上做文章了，下面换一个思路。
读后写归根结底其实还是并发下才会出现问题。因此这里介绍一个釜底抽薪的方法，限制并发！
一说到限制并发，可能第一反应就是加锁，自己在代码中加锁当然是一种办法，但是相对来说成本还是高一些（如何加锁可以参考我之前的一篇博文《用redis实现悲观锁》），这里就不再赘述。
其实读后写，最基本也是最简单的拆分方式是——读和写，那么釜底抽薪的办法就是能不能不读，只写！
实现思路就是只用一个key来存储连续天数+当前日期，然后使用原子型操作来写。一说到原子型操作，在redis中第一反应就是incr。那么顺着这个思路，我们怎么利用incr来操作呢？
其实关键是设计一个存储方式，满足既能存放连续天数，又能存放当前日期，还能使得这个值多次incr而不影响本身数据。这里说下我的设计方法：将一个12位的整数值看作是一个分段有意义的值，连续天数用最高的2位表示（因业务自定义），中间8位代表日期（如20171225），最后2位用于计数（无实际意义），比如：

将012017122523拆分成：
01|20171225|23
分别代表：连续天数|最近参与日期|计数

其中计数，这个字段是为了在利用incr时限制并发的。
示意代码如下：

$objRedis = new Redis();
//根据用户ID，生成redis的key
$strRedisKey = 'activity_' . $intUid;
//从Hash中获取最近参与时间
$intVal = intval($objRedis->INCR($strRedisKey));
$intCnt = $intVal % 100;//获取计数
$intLastDate = ($intVal - $intCnt) % 100000000;//获取最近参与日期
$intNum = intval($intVal / 10000000000);//连续天数
$intYesterDay = intval(date("Ymd", strtotime("-1 day")));//昨天的日期
$intCurrDate = intval(date('Ymd'));//今天的日期

if ($intCurrDate == $intLastDate) {
//今天已经操作了
if ($intCnt > 90) {
//重置计数，防止超过给定范围（最大99）
$objRedis->SET($strRedisKey, $intNum * 10000000000 + $intCurrDate * 100 + 1);
}
return;
} elseif ($intYesterDay == $intLastDate) {
//日期连续，计算连续天数
$intNum += 1;
} else {
//日期不连续，重置连续天数
$intNum = 1;
}
//更新连续天数及当前日期
$objRedis->SET($strRedisKey, $intNum * 10000000000 + $intCurrDate * 100 + 1);

//do something(根据$intNum发放金币等操作)...
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只要涉及到数据读、写，就会有数据一致性问题，mysql中可以通过事务、锁（FOR UPDATE）等来保证一致性，而redis也可以根据业务需求设计不同的读写方式来实现（redis的事务真心不太好用）。这里抛出两种redis克服读后写问题的思路，希望能起到引玉的作用！

水平有限，欢迎指正~
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作者：grey256
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/u011832039/article/details/78924418
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