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Redis利用原子操作(INCR,DECR)實現(xiàn)分布式計數(shù)器

更新時間：2025年07月31日 09:05:35 作者：冰糖心書房

在分布式系統(tǒng)中,由于多個服務(wù)實例需要共享和修改同一個計數(shù)值,實現(xiàn)一個準確、高效的分布式計數(shù)器至關(guān)重要,下面我們就來看看具體實現(xiàn)方法吧

在分布式系統(tǒng)中，由于多個服務(wù)實例需要共享和修改同一個計數(shù)值，實現(xiàn)一個準確、高效的分布式計數(shù)器至關(guān)重要。Redis 憑借其內(nèi)存存儲的高性能和原子操作命令，成為實現(xiàn)這一功能的理想選擇。

核心原理：Redis 的原子操作

Redis 的單線程命令處理模型確保了單個命令的執(zhí)行是原子性的。這意味著當一個命令正在執(zhí)行時，不會被其他客戶端的命令打斷。對于計數(shù)器而言，INCR 和 DECR 這兩個命令是核心。

INCR key: 將存儲在 key 的數(shù)字值增一。如果 key 不存在，那么 key 的值會先被初始化為 0，然后再執(zhí)行 INCR 操作。
DECR key: 將 key 中儲存的數(shù)字值減一。如果 key 不存在，其值同樣會先被初始化為 0 再執(zhí)行 DECR。

這兩個操作的原子性是實現(xiàn)分布式計數(shù)器的基石，它保證了即使在大量并發(fā)請求下，計數(shù)結(jié)果也是準確的，避免了“讀取-修改-寫入”模式中可能出現(xiàn)的競態(tài)條件。

基本實現(xiàn)方法

實現(xiàn)一個基本的分布式計數(shù)器非常簡單，只需要為你的計數(shù)器定義一個唯一的鍵（key），然后調(diào)用相應(yīng)的原子命令即可。

使用場景示例：

文章閱讀量統(tǒng)計： 每當有用戶閱讀一篇文章，就對該文章的計數(shù)器執(zhí)行 INCR。
在線用戶數(shù)： 用戶登錄時執(zhí)行 INCR，登出時執(zhí)行 DECR。
庫存管理： 用戶下單時執(zhí)行 DECR，取消訂單或補貨時執(zhí)行 INCR。

Python 代碼示例 (使用redis-py)

import redis

# 連接到 Redis
r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0, decode_responses=True)

def get_post_views(post_id: int) -> int:
    """獲取文章的閱讀量"""
    key = f"post:{post_id}:views"
    view_count = r.get(key)
    return int(view_count) if view_count else 0

def increment_post_views(post_id: int) -> int:
    """增加文章的閱讀量"""
    key = f"post:{post_id}:views"
    # INCR 是原子操作，返回增加后的值
    return r.incr(key)

# --- 使用示例 ---
post_id = 123
print(f"文章 {post_id} 的初始閱讀量: {get_post_views(post_id)}")

# 模擬10次并發(fā)的閱讀請求
for _ in range(10):
    new_views = increment_post_views(post_id)
    print(f"閱讀量已增加至: {new_views}")

print(f"文章 {post_id} 的最終閱讀量: {get_post_views(post_id)}")

Java 代碼示例 (使用Jedis)

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class DistributedCounter {

    private final Jedis jedis;

    public DistributedCounter(String host, int port) {
        this.jedis = new Jedis(host, port);
    }

    public long increment(String key) {
        // incr 是原子操作
        return jedis.incr(key);
    }

    public long decrement(String key) {
        // decr 是原子操作
        return jedis.decr(key);
    }

    public long getCount(String key) {
        String value = jedis.get(key);
        return value != null ? Long.parseLong(value) : 0;
    }

    public static void main(String[] args) {
        DistributedCounter counter = new DistributedCounter("localhost", 6379);
        String counterKey = "online_users";

        System.out.println("初始在線人數(shù): " + counter.getCount(counterKey));

        // 模擬用戶登錄
        long user1_login = counter.increment(counterKey);
        System.out.println("用戶1登錄，當前在線人數(shù): " + user1_login);

        long user2_login = counter.increment(counterKey);
        System.out.println("用戶2登錄，當前在線人數(shù): " + user2_login);

        // 模擬用戶登出
        long user1_logout = counter.decrement(counterKey);
        System.out.println("用戶1登出，當前在線人數(shù): " + user1_logout);

        System.out.println("最終在線人數(shù): " + counter.getCount(counterKey));
    }
}

處理需要重置的計數(shù)器（例如每日計數(shù)）

在某些場景下，計數(shù)器需要定期重置，例如統(tǒng)計每日活躍用戶或每日API調(diào)用次數(shù)。一種常見的錯誤做法是先 INCR，再用 EXPIRE 設(shè)置過期時間。這種方式存在競態(tài)條件：如果在 INCR 執(zhí)行后、EXPIRE 執(zhí)行前，服務(wù)發(fā)生故障，這個鍵就會永久存在，導致計數(shù)器無法自動重置。

正確的做法是使用 Lua 腳本將 INCR 和 EXPIRE 捆綁成一個原子操作。

Lua 腳本示例

-- increment_with_ttl.lua
local key = KEYS[1]
local ttl = ARGV[1]

local count = redis.call("INCR", key)

-- 如果是第一次增加（即增加后的值為1），則設(shè)置過期時間
if count == 1 then
    redis.call("EXPIRE", key, ttl)
end

return count

在應(yīng)用程序中，通過 EVAL 命令執(zhí)行此腳本，可以確保增加計數(shù)和設(shè)置過期時間這兩步操作的原子性。

復雜操作與事務(wù)

如果需要根據(jù)計數(shù)值執(zhí)行更復雜的操作（例如，檢查庫存是否足夠再減庫存），簡單的 DECR 可能不夠用。雖然可以使用 WATCH, MULTI, EXEC 事務(wù)來解決，但這會增加代碼的復雜性。在這種情況下，使用 Lua 腳本通常是更簡單、更高效的選擇，因為它將整個邏輯封裝在服務(wù)器端作為一個原子單元執(zhí)行。

總結(jié)

利用 Redis 的 INCR 和 DECR 原子操作是實現(xiàn)分布式計數(shù)器的標準且高效的方法。其核心優(yōu)勢在于 Redis 保證了單個命令的原子性，從而避免了分布式環(huán)境下的競態(tài)條件。對于需要自動重置的計數(shù)器，強烈建議使用 Lua 腳本來確保操作的原子性，防止數(shù)據(jù)不一致。

到此這篇關(guān)于Redis利用原子操作(INCR,DECR)實現(xiàn)分布式計數(shù)器的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis分布式計數(shù)器內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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