1.Redis Lua基础概念
1.1 Lua 脚本基本概念
Lua 是一种轻量级的脚本语言，被广泛应用于游戏开发、嵌入式系统、Web 开发、科学计算等领域。Redis 内置了 Lua 解释器，使得用户可以通过编写 Lua 脚本来扩展 Redis 的功能。在 Redis 中，可以使用 EVAL 和 EVALSHA 命令执行 Lua 脚本。
1.2 初始化 Lua 环境
Redis 初始化 Lua 环境的步骤如下：
- 调用 lua_open 函数，创建一个新的 Lua 环境。
- 载入指定的 Lua 函数库，包括基础库、表格库、字符串库、数学库、调试库、cjson 库、struct 库和 cmsgpack 库。
- 屏蔽一些可能对 Lua 环境产生安全问题的函数，比如 loadfile。
- 创建一个 Redis 字典，保存 Lua 脚本，并在复制（replication）脚本时使用。字典的键为 SHA1 校验和，字典的值为 Lua 脚本。
- 创建一个 redis 全局表格到 Lua 环境，表格中包含了各种对 Redis 进行操作的函数，包括用于执行 Redis 命令的 redis.call 和 redis.pcall 函数、用于发送日志（log）的 redis.log 函数，以及相应的日志级别（level）、用于计算 SHA1 校验和的 redis.sha1hex 函数、用于返回错误信息的 redis.error_reply 函数和 redis.status_reply 函数，以及对 Redis 自己定义的随机生成函数的替换。
- 创建一个对 Redis 多批量回复（multi bulk reply）进行排序的辅助函数。
- 对 Lua 环境中的全局变量进行保护，以免被传入的脚本修改。
- 创建一个无网络连接的伪客户端，专门用于执行 Lua 脚本中包含的 Redis 命令。
- 将 Lua 环境的指针记录到 Redis 服务器的全局状态中，等候 Redis 的调用。
除了上述步骤，Redis 还会将部分 C 函数注册到 Lua 中，例如 redis.replicate_commands 和 redis.sha1hex 函数。此外，Redis 还会将 Lua 脚本编译为 Lua 字节码，并计算出 SHA1 校验和。如果 Redis 中已经存在相同 SHA1 校验和的 Lua 脚本，则不需要再次编译，可以直接使用之前的字节码。
通过以上步骤，Redis 将 Lua 环境和 Redis 命令紧密结合在一起，为用户提供了更加灵活和强大的数据处理能力。
在 Redis 中，可以使用 SCRIPT LOAD 命令将 Lua 脚本加载到 Redis 的 Lua 解释器中，然后使用 EVALSHA 命令执行已经加载的脚本。以下是一个简单的 Lua 脚本示例：
return redis.call('get', KEYS[1])
在这个脚本中，使用 redis.call 方法调用 Redis 的 GET 命令来获取指定键的值，然后返回该值。
可以使用以下 Java 代码将这个 Lua 脚本加载到 Redis 的 Lua 解释器中：
import redis.clients.jedis.Jedis;
public class LuaScript {
public static void main(String[] args) {
Jedis jedis = new Jedis("localhost");
String script = "return redis.call('get', KEYS[1])";
String sha1 = jedis.scriptLoad(script);
System.out.println(sha1);
}
}
使用 scriptLoad 方法将 Lua 脚本加载到 Redis 的 Lua 解释器中，并返回该脚本的 SHA1 值。
1.2 脚本的安全性
Lua 脚本在 Redis 中的执行具有一定的安全风险，因为它可以直接访问 Redis 的数据和命令，并且可以执行任意的 Lua 代码。为了避免安全问题，可以采取以下措施：
- 使用 EVALSHA 命令执行已经加载的 Lua 脚本，避免在网络上传输明文脚本。
- 限制 Lua 脚本的执行权限，只允许执行一些安全的操作，比如读取指定键的值、设置指定键的值等等。
- 对 Lua 脚本进行审核和检测，避免脚本中包含恶意代码或者不安全的操作。
1.3 脚本的执行
在 Redis 中，可以使用 EVAL 命令执行 Lua 脚本。EVAL 命令的语法如下：
EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]
其中，script 参数是 Lua 脚本的内容，numkeys 参数是传递给脚本的键的数量，key 参数是键的名字，arg 参数是传递给脚本的其他参数。在脚本中可以通过 KEYS 数组和 ARGV 数组来访问传递给脚本的键和参数。
以下是一个简单的 Java 代码示例，用于执行上述 Lua 脚本：
import redis.clients.jedis.Jedis;
public class LuaScript {
public static void main(String[] args) {
Jedis jedis = new Jedis("localhost");
String script = "return redis.call('get', KEYS[1])";
String key = "mykey";
String result = jedis.eval(script, 1, key);
System.out.println(result);
}
}
创建了一个 Jedis 实例，然后定义了 Lua 脚本的内容和键的名字，最后使用 eval 方法执行 Lua 脚本并打印执行结果。
1.4 EVAL 命令的实现
在 Redis 中，EVAL 命令的实现主要分为以下几个步骤：
- 解析 EVAL 命令的参数，包括 Lua 脚本、键的数量、键的名字和其他参数。
- 检查 Lua 脚本是否已经被加载到 Redis 的 Lua 解释器中，如果没有则返回错误。
- 将传递给脚本的键和参数组成 KEYS 数组和 ARGV 数组，传递给 Lua 脚本中的 KEYS 和 ARGV 变量。
- 在 Redis 的 Lua 解释器中执行 Lua 脚本，并将执行结果返回给客户端。
定义 Lua 函数
在 Lua 脚本中，可以使用 function 关键字定义一个函数，例如：
function add(x, y)
return x + y
end
在这个示例中，定义了一个名为 add 的函数，它有两个参数 x 和 y，返回值为 x+y。
执行 Lua 函数
在 Redis 中，可以使用 EVAL 命令执行 Lua 函数。以下是一个简单的 Java 代码示例，用于执行上述 Lua 函数：
import redis.clients.jedis.Jedis;
public class LuaScript {
public static void main(String[] args) {
Jedis jedis = new Jedis("localhost");
String script = "function add(x, y)\nreturn x + y\nend\nreturn add(1, 2)";
String result = jedis.eval(script);
System.out.println(result);
}
}
在这个示例中，首先创建了一个 Jedis 实例，然后定义了 Lua 函数的内容，最后使用 eval 方法执行 Lua 函数并打印执行结果。
EVALSHA 命令的实现
在 Redis 中，EVALSHA 命令用于执行已经加载到 Redis 的 Lua 脚本。EVALSHA 命令的实现与 EVAL 命令类似，主要区别在于 EVALSHA 命令需要传递 SHA1 值作为参数，用于指定已经加载的 Lua 脚本。以下是 EVALSHA 命令的语法：
EVALSHA sha1 numkeys key [key ...] arg [arg ...]
其中，sha1 参数是已经加载的 Lua 脚本的 SHA1 值。其他参数的含义与 EVAL 命令相同。
2.使用场景和注意事项
2.1 Redis Lua注意事项
Redis Lua 脚本使用时需要注意以下几点：
- 尽量避免使用全局变量，避免和 Redis 全局变量冲突。
- 避免使用 Lua 中的死循环，会导致 Redis 服务器停止响应。
- 避免使用 Lua 中的长时间执行操作，会导致 Redis 服务器停止响应。
- 在使用 Lua 脚本时，应该尽量减少对 Redis 的调用次数，以提高脚本的性能。
- 由于 Redis 在执行 Lua 脚本时会将其编译为字节码，因此如果多次执行相同的 Lua 脚本，则只需要编译一次即可，可以提高脚本执行的效率。
2.2 RedisLua 脚本代码示例
下面是一些 Redis Lua 脚本的常用代码示例：
2.2.1. 计数器
-- 将 key 的值加 1，如果 key 不存在，则将其初始值设为 0
if redis.call('exists', KEYS[1]) == 1 then
return redis.call('incr', KEYS[1])
else
return redis.call('set', KEYS[1], 0)
end
2.2.2. 基于 Redis 的分布式锁
-- 尝试获取锁，如果成功，则返回 1，否则返回 0
if redis.call('setnx', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 then
return 1
end
-- 如果锁已经被其他客户端获取，则检查锁是否已经过期
if redis.call('ttl', KEYS[1]) == -1 then
-- 如果锁没有过期，则说明锁已经被其他客户端获取
return 0
end
-- 如果锁已经过期，则尝试获取锁
redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1])
return redis.call('ttl', KEYS[1])
2.2.3. 基于 Redis 的限流器
-- 获取当前时间戳
local now = tonumber(redis.call('time')[1])
-- 删除所有时间戳小于 now - limit 的记录
redis.call('zremrangebyscore', KEYS[1], '-inf', now - tonumber(ARGV[1]))
-- 获取当前记录数
local count = tonumber(redis.call('zcard', KEYS[1]))
-- 如果记录数小于 limit，则添加一条新记录
if count < tonumber(ARGV[2]) then
redis.call('zadd', KEYS[1], now, now)
return 1
else
return 0
end
3.小结
通过 Redis 的 Lua 解释器，用户可以编写 Lua 脚本来扩展 Redis 的功能。在使用 Lua 脚本时，需要注意以下几点：
- 使用 SCRIPT LOAD 命令将 Lua 脚本加载到 Redis 的 Lua 解释器中，然后使用 EVALSHA 命令执行已经加载的脚本，避免在网络上传输明文脚本。
- 限制 Lua 脚本的执行权限，只允许执行一些安全的操作，比如读取指定键的值、设置指定键的值等等。
- 对 Lua 脚本进行审核和检测，避免脚本中包含恶意代码或者不安全的操作。
- 在 Lua 脚本中可以定义函数，然后通过 EVAL 命令或 EVALSHA 命令来执行函数。
- 在 Redis 中，EVAL 命令和 EVALSHA 命令的实现主要包括 Lua 解释器的加载和执行、传递参数等操作。
