面试题：Redis 的 Lua 脚本功能是什么？如何使用？

Redis 的 Lua 脚本功能 是 Redis 提供的一种在服务器端执行自定义逻辑的能力。通过 Lua 脚本，开发者可以将多个 Redis 命令组合成一个原子操作，确保操作的原子性和一致性，同时减少客户端与服务器之间的网络交互次数，提升性能。

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一、Lua 脚本的核心作用

1. 原子性操作
   Redis 是单线程的，Lua 脚本在执行期间不会被其他命令打断，所有命令要么全部执行成功，要么全部失败（除非脚本主动抛出错误）。
   • 典型场景：防止超卖、实现分布式锁、原子性计数器。
2. 减少网络开销
   将多个 Redis 命令封装到一个脚本中，客户端只需一次网络请求即可完成批量操作，降低 RTT（往返时间）和带宽消耗。
3. 复杂逻辑处理
   在 Redis 服务器端直接执行复杂的业务逻辑（如条件判断、循环），减轻客户端负担，避免频繁的客户端-服务器交互。
4. 避免并发竞争
   通过原子性操作，解决多个客户端并发修改同一数据时的竞态条件问题。

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二、Lua 脚本的使用方式

1. 核心命令

• EVAL
  直接执行 Lua 脚本，语法格式：EVAL <script> <numkeys> [key1] [key2] ... [keyN] [arg1] [arg2] ...
  • <script>：Lua 脚本字符串。
  • <numkeys>：脚本中使用的键（Key）数量。
  • [key1]...[keyN]：键列表（通过 KEYS[1], KEYS[2] 等访问）。
  • [arg1]...[argN]：参数列表（通过 ARGV[1], ARGV[2] 等访问）。
• SCRIPT LOAD + EVALSHA
  • SCRIPT LOAD：将脚本加载到 Redis 服务器并返回其 SHA1 摘要。SCRIPT LOAD <script>
  • EVALSHA：通过脚本的 SHA1 摘要执行已加载的脚本，避免重复传输脚本内容。EVALSHA <sha1> <numkeys> [key1] ... [arg1] ...

2. 参数传递规则

• KEYS[] 数组：用于传递 Redis 键（Key），例如 KEYS[1] 对应第一个键。
• ARGV[] 数组：用于传递其他参数（非键值），例如 ARGV[1] 对应第一个参数。
• 下标从 1 开始：Lua 脚本中数组索引从 1 开始，而非 0。

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三、Lua 脚本的核心 API

1. redis.call(command, keys..., args...)
   • 执行 Redis 原生命令，若命令执行失败会抛出错误。
   • 示例：redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1])
2. redis.pcall(command, keys..., args...)
   • 与 redis.call 类似，但会捕获错误并以 Lua 表的形式返回错误信息，避免脚本中断。
   • 示例：local result = redis.pcall('GET', KEYS[1]) if type(result) == 'table' and result.err then -- 处理错误 end

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四、典型使用场景

1. 原子性计数器

-- 将 key 的值增加指定的步长（step）
local current = redis.call('GET', KEYS[1])
if current == false then
    current = 0
else
    current = tonumber(current)
end
current = current + tonumber(ARGV[1])
redis.call('SET', KEYS[1], current)
return current

执行命令：

EVAL "..." 1 mykey 10

2. 分布式锁

-- 获取锁（NX 表示键不存在时才设置，PX 设置过期时间）
local lock_key = KEYS[1]
local lock_value = ARGV[1]  -- 客户端唯一标识
local ttl = tonumber(ARGV[2])  -- 过期时间（毫秒）
local result = redis.call('SET', lock_key, lock_value, 'NX', 'PX', ttl)
if result == false then
    return 0  -- 获取锁失败
else
    return 1  -- 获取锁成功
end

执行命令：

EVAL "..." 1 lock:key client_id 3000

3. 防止超卖

-- 检查库存并减少指定数量
local product_id = KEYS[1]
local quantity = tonumber(ARGV[1])
local stock_key = "stock:" .. product_id
local current_stock = redis.call('GET', stock_key)
if current_stock == false then
    return -1  -- 商品不存在
end
current_stock = tonumber(current_stock)
if current_stock >= quantity then
    redis.call('DECRBY', stock_key, quantity)
    return current_stock - quantity
else
    return -2  -- 库存不足
end

执行命令：

EVAL "..." 1 product:1001 2

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五、注意事项

1. 避免死循环
   Lua 脚本执行时间不能过长（默认超时时间 lua-time-limit 为 5 秒），否则可能阻塞 Redis 主线程。
   • 解决方案：使用 SCRIPT KILL 终止长时间运行的脚本（仅限非写操作脚本）。
2. 错误处理
   • 使用 redis.pcall 捕获错误，避免脚本因异常中断。
3. 性能优化
   • 预加载脚本：使用 SCRIPT LOAD 和 EVALSHA 减少脚本传输开销。
   • 避免大 Key 操作：脚本中操作大 Value（如 10MB 的 Hash）可能导致性能下降，需拆分处理。
4. 集群限制
   • Key 必须位于同一 Slot：在 Redis Cluster 中，脚本中涉及的所有 Key 必须属于同一个 Slot（通过 HASH TAG 保证）。

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六、代码示例（Python/Jedis）

Python（redis-py）

import redis

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

script = """
local current = redis.call('GET', KEYS[1])
if current == false then
    current = 0
else
    current = tonumber(current)
end
current = current + tonumber(ARGV[1])
redis.call('SET', KEYS[1], current)
return current
"""

result = r.eval(script, 1, 'mykey', 10)
print(result)  # 输出: 10

Java（Jedis）

import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.util.Collections;

public class LuaExample {
    public static void main(String[] args) {
        Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
        String script = "local current = redis.call('GET', KEYS[1]) " +
                        "if current == false then current = 0 else current = tonumber(current) end " +
                        "current = current + tonumber(ARGV[1]) " +
                        "redis.call('SET', KEYS[1], current) " +
                        "return current";

        Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList("mykey"), Collections.singletonList("10"));
        System.out.println(result);  // 输出: 10
        jedis.close();
    }
}

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七、总结

特性	说明
原子性	保证脚本内操作的原子性，避免并发竞争。
性能优化	减少网络交互，提升批量操作效率。
适用场景	分布式锁、库存扣减、限流、复杂业务逻辑封装等。
注意事项	避免长时间运行、合理拆分大 Key、处理错误、集群环境 Key Slot 一致性。

通过合理使用 Redis 的 Lua 脚本，可以显著提升系统的性能和可靠性，尤其在高并发场景下具有重要价值。