Redis 的两种原子操作方法
为了实现并发控制要求的临界区代码互斥执行，Redis 的原子操作采用了两种方法：
- 把多个操作在 Redis 中实现成一个操作，也就是单命令操作；
- 把多个操作写到一个 Lua 脚本中，以原子性方式执行单个 Lua 脚本。
单命令操作
我们先来看下 Redis 本身的单命令操作。
Redis 是使用单线程来串行处理客户端的请求操作命令的，所以，当 Redis 执行某个命令操作时，其他命令是无法执行的，这相当于命令操作是互斥执行的。
当然，Redis 的快照生成、AOF 重写这些操作，可以使用后台线程或者是子进程执行，也就是和主线程的操作并行执行。
不过，这些操作只是读取数据，不会修改数据，所以，我们并不需要对它们做并发控制。你可能也注意到了，虽然 Redis 的单个命令操作可以原子性地执行，但是在实际应用中，数据修改时可能包含多个操作，至少包括读数据、数据增减、写回数据三个操作，这显然
就不是单个命令操作了，那该怎么办呢？
别担心，Redis 提供了 INCR/DECR 命令，把这三个操作转变为一个原子操作了。INCR/DECR 命令可以对数据进行增值 / 减值操作，而且它们本身就是单个命令操作，Redis 在执行它们时，本身就具有互斥性。
比如说，在刚才的库存扣减例子中，客户端可以使用下面的代码，直接完成对商品 id 的库存值减 1 操作。即使有多个客户端执行下面的代码，也不用担心出现库存值扣减错误的问题。
Lua 脚本
所以，如果我们执行的 RMW 操作是对数据进行增减值的话，Redis 提供的原子操作INCR 和 DECR 可以直接帮助我们进行并发控制。
但是，如果我们要执行的操作不是简单地增减数据，而是有更加复杂的判断逻辑或者是其他操作，那么，Redis 的单命令操作已经无法保证多个操作的互斥执行了。
所以，这个时候，我们需要使用第二个方法，也就是 Lua 脚本。
Redis 会把整个 Lua 脚本作为一个整体执行，在执行的过程中不会被其他命令打断，从而保证了 Lua 脚本中操作的原子性。如果我们有多个操作要执行，但是又无法用INCR/DECR 这种命令操作来实现，就可以把这些要执行的操作编写到一个 Lua 脚本中。
然后，我们可以使用 Redis 的 EVAL 命令来执行脚本。这样一来，这些操作在执行时就具有了互斥性。
我再给你举个例子，来具体解释下 Lua 的使用。
当一个业务应用的访问用户增加时，我们有时需要限制某个客户端在一定时间范围内的访问次数，比如爆款商品的购买限流、社交网络中的每分钟点赞次数限制等。
那该怎么限制呢？我们可以把客户端 IP 作为 key，把客户端的访问次数作为 value，保存到 Redis 中。客户端每访问一次后，我们就用 INCR 增加访问次数。
不过，在这种场景下，客户端限流其实同时包含了对访问次数和时间范围的限制，例如每分钟的访问次数不能超过 20。所以，我们可以在客户端第一次访问时，给对应键值对设置过期时间，例如设置为 60s 后过期。
同时，在客户端每次访问时，我们读取客户端当前的访问次数，如果次数超过阈值，就报错，限制客户端再次访问。你可以看下下面的这段代码，它实现了对客户端每分钟访问次数不超过 20 次的限制。
//获取ip对应的访问次数 current = GET(ip) //如果超过访问次数超过20次，则报错 IF current != NULL AND current > 20 THEN ERROR "exceed 20 accesses per second" ELSE //如果访问次数不足20次，增加一次访问计数 value = INCR(ip) //如果是第一次访问，将键值对的过期时间设置为60s后 IF value == 1 THEN EXPIRE(ip,60) END //执行其他操作 DO THINGS END
可以看到，在这个例子中，我们已经使用了 INCR 来原子性地增加计数。但是，客户端限流的逻辑不只有计数，还包括访问次数判断和过期时间设置。
对于这些操作，我们同样需要保证它们的原子性。否则，如果客户端使用多线程访问，访问次数初始值为 0，第一个线程执行了 INCR(ip) 操作后，第二个线程紧接着也执行了INCR(ip)，此时，ip 对应的访问次数就被增加到了 2，我们就无法再对这个 ip 设置过期时
间了。
这样就会导致，这个 ip 对应的客户端访问次数达到 20 次之后，就无法再进行访问了。即使过了 60s，也不能再继续访问，显然不符合业务要求。
所以，这个例子中的操作无法用 Redis 单个命令来实现，此时，我们就可以使用 Lua 脚本来保证并发控制。我们可以把访问次数加 1、判断访问次数是否为 1，以及设置过期时间这三个操作写入一个 Lua 脚本，如下所示：
local current current = redis.call("incr",KEYS[1]) if tonumber(current) == 1 then redis.call("expire",KEYS[1],60) end
假设我们编写的脚本名称为 lua.script，我们接着就可以使用 Redis 客户端，带上 eval 选项，来执行该脚本。脚本所需的参数将通过以下命令中的 keys 和 args 进行传递。
redis-cli --eval lua.script keys , args
这样一来，访问次数加 1、判断访问次数是否为 1，以及设置过期时间这三个操作就可以原子性地执行了。即使客户端有多个线程同时执行这个脚本，Redis 也会依次串行执行脚本代码，避免了并发操作带来的数据错误。
小结
在并发访问时，并发的 RMW 操作会导致数据错误，所以需要进行并发控制。
所谓并发控制，就是要保证临界区代码的互斥执行。Redis 提供了两种原子操作的方法来实现并发控制，分别是单命令操作和 Lua 脚本。
因为原子操作本身不会对太多的资源限制访问，可以维持较高的系统并发性能。
但是，单命令原子操作的适用范围较小，并不是所有的 RMW 操作都能转变成单命令的原子操作（例如 INCR/DECR 命令只能在读取数据后做原子增减），当我们需要对读取的数据做更多判断，或者是我们对数据的修改不是简单的增减时，单命令操作就不适用了。
而 Redis 的 Lua 脚本可以包含多个操作，这些操作都会以原子性的方式执行，绕开了单命令操作的限制。不过，如果把很多操作都放在 Lua 脚本中原子执行，会导致 Redis 执行脚本的时间增加，同样也会降低 Redis 的并发性能。
所以，我给你一个小建议：在编写 Lua脚本时，你要避免把不需要做并发控制的操作写入脚本中。
当然，加锁也能实现临界区代码的互斥执行，只是如果有多个客户端加锁时，就需要分布式锁的支持了。
是否需要把读取客户端 ip 的访问次数 GET(ip)，以及判断访问次数是否超过 20 的判断逻辑，也加到 Lua 脚本中？
我觉得不需要，理由主要有2个。
1、这2个逻辑都是读操作，不会对资源临界区产生修改，所以不需要做并发控制。
2、减少 lua 脚本中的命令，可以降低Redis执行脚本的时间，避免阻塞 Redis。
另外使用lua脚本时，还有一些注意点：
1、lua 脚本尽量只编写通用的逻辑代码，避免直接写死变量。变量通过外部调用方传递进来，这样 lua 脚本的可复用度更高。
2、建议先使用SCRIPT LOAD命令把 lua 脚本加载到 Redis 中，然后得到一个脚本唯一摘要值，再通过EVALSHA命令 + 脚本摘要值来执行脚本，这样可以避免每次发送脚本内容到 Redis，减少网络开销。