redis中lua脚本使用教程

一、背景

在使用redis的过程中，发现有些时候需要原子性去操作redis命令，而redis的lua脚本正好可以实现这一功能。比如：扣减库存操作、限流操作等等。
redis的pipelining虽然也可以一次执行一组命令，但是如果在这一组命令的执行过程中，需要根据上一步执行的结果做一些判断，则无法实现。

二、使用lua脚本

Redis中使用的是 Lua 5.1 的脚本规范，同时我们编写的脚本的时候，不需要定义 Lua 函数。同时也不能使用全局变量等等。

1、lua脚本的格式和注意事项

1、格式

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

127.0.0.1:6379> eval "return {KEYS[1],ARGV[1],ARGV[2]}" 1 key1 arg1 arg2
1) "key1"
2) "arg1"
3) "arg2"
127.0.0.1:6379>

2、注意事项

Lua脚本中的redis操作的key最好都是通过 KEYS来传递，而不要写死。否则在Redis Cluster的情况下可能有问题.

1、好的写法

127.0.0.1:6379> eval "return redis.call('set',KEYS[1],'zhangsan')" 1 username
OK
127.0.0.1:6379> get username
"zhangsan"

redis命令操作的key是通过KEYS获取的。

2、差的写法

127.0.0.1:6379> eval "return redis.call('set','username','zhangsan')" 0
OK
127.0.0.1:6379> get username
"zhangsan"

redis命令操作的key是直接写死的。

2、将脚本加载到redis中

需求：此处定义一个lua脚本，将输入的参数的值+1返回。

注意：

当我们把 lua脚本加载到redis中，这个脚本并不会马上执行，而是会缓存起来，并且返回sha1校验和，后期我们可以通过 EVALSHA 来执行这个脚本。

此处我们记住这个脚本加载后返回的hash值，在下一步执行的时候需要用到。

127.0.0.1:6379> script load "return tonumber(KEYS[1])+1"
"ef424d378d47e7a8b725259cb717d90a4b12a0de"
127.0.0.1:6379>

3、执行lua脚本

1、通过eval执行

127.0.0.1:6379> eval "return tonumber(KEYS[1]) + 1" 1 100
(integer) 101
127.0.0.1:6379>

2、通过evalsha执行

ef424d378d47e7a8b725259cb717d90a4b12a0de的值为上一步通过 script load加载脚本后获取的。

127.0.0.1:6379> evalsha ef424d378d47e7a8b725259cb717d90a4b12a0de 1 100
(integer) 101
127.0.0.1:6379>

通过 evalsha 执行的好处是可以节省带宽。如果我们的lua脚本比较长，程序在执行的时候将lua脚本发送到redis服务器则可能耗费的带宽多，如果发送的是hash值的话，则耗费的带宽少。

4、判断脚本是否在redis服务器缓存中

127.0.0.1:6379> script load "return tonumber(KEYS[1])+1"
"ef424d378d47e7a8b725259cb717d90a4b12a0de"
127.0.0.1:6379> script exists ef424d378d47e7a8b725259cb717d90a4b12a0de
1) (integer) 1
127.0.0.1:6379> script exists not-exists-sha1
1) (integer) 0
127.0.0.1:6379>

5、清空服务器上的脚本缓存

注意：
我们无法清除某一个脚本的缓存，只可以清楚所有的缓存，一般情况下没有必要清楚，因为即使有大量的脚本也不会太占用服务器内存。

127.0.0.1:6379> script load "return tonumber(KEYS[1])+1"
"ef424d378d47e7a8b725259cb717d90a4b12a0de"
127.0.0.1:6379> script exists ef424d378d47e7a8b725259cb717d90a4b12a0de
1) (integer) 1
127.0.0.1:6379> script flush
OK
127.0.0.1:6379> script exists ef424d378d47e7a8b725259cb717d90a4b12a0de
1) (integer) 0

6、杀死正在运行的脚本

127.0.0.1:6379> script kill

注意：

该命令只可以杀死正在运行的 只读脚本。
对于修改了数据的脚本，无法使用此命令杀死，只能使用 shutdown nosave命令。
脚本执行的默认超时时间为 5分钟，可以通过redis.conf配置文件的lua-time-limit配置项修改。
脚本即使到达了超时时间，也不会停止执行，因为这违反了lua脚本的原子性。

三、lua和redis数据类型转换

Lua的数据类型和Redis的数据类型存在一对一的转换关系，如果将Redis类型转换成Lua类型，然后在转换成Redis类型，那么结果和初试值是一致的。

1、类型转换

Redis to Luaconversion table.

Redis integer reply -> Lua number
Redis bulk reply -> Lua string
Redis multi bulk reply -> Lua table (may have other Redis data types nested)
Redis status reply -> Lua table with a single ok field containing the status
Redis error reply -> Lua table with a single err field containing the error
Redis Nil bulk reply and Nil multi bulk reply -> Lua false boolean type

Lua to Redisconversion table.

Lua number -> Redis integer reply (the number is converted into an integer)
Lua string -> Redis bulk reply
Lua table (array) -> Redis multi bulk reply (truncated to the first nil inside the Lua array if any)
Lua table with a single ok field -> Redis status reply
Lua table with a single err field -> Redis error reply
Lua boolean false -> Redis Nil bulk reply.

2、额外的转换规则

Lua的布尔类型，Lua的True会转换成Redis的1

3、3个重要规则

1. 数字类型

在Lua中，只有一个number类型，整数和浮点数之间没有区别，如果我们在Lua中返回一个浮点数，实际返回的是一个整数，如果要返回浮点数，需要以字符串的方式返回。

127.0.0.1:6379> eval "return 3.98" 0
(integer) 3
127.0.0.1:6379> eval "return '3.98'" 0
"3.98"

2. lua数组存在nil

当 Redis 将 Lua 数组转换为 Redis 协议时，如果遇到 nil，则转换会停止。即 nil 后的值都不会返回。

127.0.0.1:6379> eval "return {1,2,'data',nil,'can not return value','vv'}" 0
1) (integer) 1
2) (integer) 2
3) "data"
127.0.0.1:6379>

3. Lua的Table类型包含建和值

出现这种情况返回的redis的是一个空数组

127.0.0.1:6379> eval "return {key1 ='value1',key2='value2'}" 0
(empty array)
127.0.0.1:6379>

四、lua脚本中输出日志

这个一般调试我们的脚本的时候比较有用。

redis.log(loglevel,message)

loglevel的取值范围：

redis.LOG_DEBUG
redis.LOG_VERBOSE
redis.LOG_NOTICE
redis.LOG_WARNING

举例：

五、一个简单限流的案例

1、需求

在 1s 之内，方法最大的并发只能是 5。

1s 和 5 当作参数传递。

2、实现步骤

1、编写lua脚本

-- 输出用户传递进来的参数
for i, v in pairs(KEYS) do
    redis.log(redis.LOG_NOTICE, "limit: key" .. i .. " = " .. v)
end
for i, v in pairs(ARGV) do
    redis.log(redis.LOG_NOTICE, "limit: argv" .. i .. " = " .. v)
end

-- 限流的key
local limitKey = tostring(KEYS[1])
-- 限流的次数
local limit = tonumber(ARGV[1])
-- 多长时间过期
local expireMs = tonumber(ARGV[2])

-- 当前已经执行的次数
local current = tonumber(redis.call('get', limitKey) or '0')

-- 设置一个断点
redis.breakpoint()

redis.log(redis.LOG_NOTICE, "limit key: " .. tostring(limitKey) .. " 在[" .. tostring(expireMs) .. "]ms内已经访问了 " .. tostring(current) .. " 次,最多可以访问: " .. limit .. " 次")

-- 限流了
if (current + 1 > limit) then
    return { true }
end

-- 未达到访问限制
-- 访问次数+1
redis.call("incrby", limitKey, "1")
if (current == 0) then
    -- 设置过期时间
    redis.call("pexpire", limitKey, expireMs)
end

return { false }

2、程序中执行lua脚本

完整代码: https://gitee.com/huan1993/spring-cloud-parent/tree/master/springboot/springboot-redis-lua

六、lua脚本的debug

当我们编写好了lua脚本后，如果在执行的过程中发生了错误，那么我们如何该如何解决呢？此处我们来了解下如何debug lua 脚本。

1、lua脚本中的几个小命令

在脚本中打一个断点

redis.breakpoint()

2、断点调试

1、执行命令

redis-cli --ldb --eval limit.lua invoked , 1 1000

limit.lua 需要debug的lua文件
invoked 为传递到 lua 脚本中 KEYS 的值
1 和 1000 为传递到 lua 脚本中 ARGV 的值

, 分割 出 KEYS 和 ARGV 的值

2、一些debug指令

help：列出可用的debug指令
s 或 n：运行到当前行并停止（此时当前行还未执行）
c：运行到下个断点，即运行到lua脚本中存在 redis.breakpoint()方法的地方
list：列出当前行周围的一些源码
p：打印出所有的 local 变量的值
p <var>：打印具体的某个 local 变量的值
r：执行 redis 命令

-- eg:
r set key value
r get key

3、debug运行结果

七、参考文档

https://redis.io/topics/ldb

https://redis.io/commands/eval

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