Redis在2.6版本提供了Lua脚本支持，在Redis服务器启动阶段创建并初始化一个Lua环境，并将其嵌入到服务器中。lua脚本是一种由C编写的可嵌入的轻量级语言，详见Lua官网：http://www.lua.org。

Lua环境创建过程

Redis服务器在启动阶段通过C加载Lua lib创建其运行时环境，同时为了效率及安全性也对该运行时环境做了一系列的调整。具体如下：

• 创建一个基础的Lua环境lua_State。
• 加载lua函数库，注册了一些组件到lua运行时环境，如cjson、bit等。
• 移除了一些对Redis服务器非安全的函数，例如文件加loadfile、dofile等。
• 初始化lua脚本的存储结构lua_scripts字典。
• 注册Redis命令函数到lua运行时环境，如redis.call函数。
• 替换lua原有的可能带来副作用的函数，如随机函数，以及创建了排序函数。
• 创建lua_client，该客户端用于执行lua脚本中包含的Redis命令。
• 为了防止客户端在提交lua脚本引入额外的全局变量，Redis服务器对lua全局环境进行了保护，不能新增全局变量但已存在变量值可以被改变。
• 保存lua环境值redisServer。

lua随机函数及排序函数替换

Redis涉及到主从复制，如果同一个脚本在不同的服务器执行得到了不同的结果，可能带来一致性问题，因此Redis希望lua的一些函数不能带有副作用。例如lua的随机数函数，其可能导致主从服务器执行得到不同的结果。另外一个是排序函数，Redis希望同一个集合类型的每次查询结结果集内元素都是顺序一致的，为了消除这种不确定性，Redis创建了排序函数供lua脚本使用。

Lua客户端

伪客户端的存在是为了不影响Redis现有的架构，将lua脚本中的Redis命令交由其提交给Redis命令执行器，命令执行器将其视为一个客户端正常addReply给伪客户端，伪客户端再将结果返回给lua环境，最终到脚本执行完成，返回给实际请求的客户端。过程如下：

EVAL命令的执行过程

EVAL命令的格式：EVAL script numkeys KEYS ARGS

• script：脚本内容
• numkeys：脚本中指定键名的个数
• KEYS：键名集，通过全局变量KEYS数组表示，起始下标为1
• ARGS：键值参数集，通过全局变量ARGV数组表示，起始下标为1

• lua脚本发送到Redis服务器会对其内容计算校验和，然后缓存至lus_scripts字典中。
• Redis服务器会给每一个要执行的不同lua脚本生成一个唯一方法，该方法的名为：固定前缀 f_ +脚本sha1校验和。
• 该方法会被注册到lua环境，而且该方法涉及的参数KEYS与ARGV都会被加入到lua全局变量中供脚本执行时使用。
• lua脚本支持执行超时中断，通过在脚本执行前注册超时钩子方法来处理中断。

为什么EVAL命令的语义要求字面量不要直接写在lua脚本中？

因为lua脚本会被保存在Redis服务器的lus_scripts字典中，其中key就是脚本的sha1校验和，如果lua脚本中字面量写死在了脚本中，将会产生大量的不可重复使用的脚本对象在该字典中，脚本对象无法重复利用，会导致大量的内存占用及内存泄漏的风险。

lua脚本中断执行的实现原理？

如果脚本执行设置了超时钩子，那么脚本执行器将定期调用该钩子方法检测脚本是否已经超时执行，如果已经超时，该钩子方法会检测客户端是否有SCRIPT KILL命令或者SHUTDOWN NOSAVE命令请求，如果有则执行命令，中断脚本执行。SCRIPT KILL命令只能在脚本没有执行过任何写入操作时可用，如果脚本已经执行了写入操作，那么只能用SHUTDOWN NOSAVE命令来停止服务器，防止脏数据被写入到数据库。

脚本的复制

若服务器开启了AOF模式，那么EVAL命令记录到AOF文件中将会是MUTIL+EXEC（事务相关命令，详见我的主页《Reids之Transaction(事务)》），也就是说会将其当做一个Redis事务来记录。lua脚本本身包含了一个或者多个命令，在Redis服务端一次性执行，这和Redis事务实现类似。区别在于事务的命令在提交前暂存在事务队列，事务提交后依次执行，而lua脚本是命令打包到一个lua脚本中，执行脚本是通过伪客户端依次执行命令。

Redis Lua脚本和事务

从定义上来说， Redis 中的脚本本身就是一种事务， 所以任何在事务里可以完成的事， 在脚本里面也能完成。 并且一般来说， 使用脚本要来得更简单，并且速度更快。

因为脚本功能是 Redis 2.6 才引入的， 而事务功能则更早之前就存在了， 所以 Redis 才会同时存在两种处理事务的方法。

不过我们并不打算在短时间内就移除事务功能， 因为事务提供了一种即使不使用脚本， 也可以避免竞争条件的方法， 而且事务本身的实现并不复杂。

不过在不远的将来， 可能所有用户都会只使用脚本来实现事务也说不定。 如果真的发生这种情况的话， 那么我们将废弃并最终移除事务功能。

应用场景

lua脚本可谓是Redis能力倍增器，从一些优秀的Redis中间件就可以看出。例如Redisson，一款非常受欢迎的Redis客户端，该客户端实现了非常丰富的功能，比如：分布式锁（RedissonLock支持重入、RedLock等）、分布式集合（RQueue、RSet）等。该客户端中大量地使用了lua脚本来实现各种功能，后续我会进行深入的讲解。
一个Redisson中RedissonLock加/解锁使用lua的示例：

// ====【加锁】lua脚本=====================================
// 先执行exists key1命令，判断KEYS[1]是否存在
if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) 
then
	// 不存在，执行hincrby key1 field命令，将ARGV[2]的值原子加1
	// 并设置KEYS[1]的过期时间为ARGV[1]
    // 返回nil
    redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1);
    redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); 
    return nil; 
end; 
// 执行hexists key field命令，判断ARGV[2]是否存在
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1)
then 
	// 存在，与上面then逻辑一致
    redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); 
    redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); 
    return nil; 
end;

// 若key存在且key field也存在，执行pttl key命令，返回KEYS[1]的过期时间
return redis.call('pttl', KEYS[1]);

// ====【解锁】lua脚本=====================================
// 执行hexists key1 field命令，判断判断ARGV[3]是否存在
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) 
then 
	// 不存在，返回nil
	return nil;
end;
// 执行hincrby key1 field命令，获取结果
local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); 
if (counter > 0)
then
	// counter大于0，执行pexpire key1 命令,设置key过期时间为ARGV[2]
	redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]);
	return 0;
else 
    // 否则，执行del key命令，删除KEYS[1]
    // 执行publish channel message命令，向KEYS[2]发送消息ARGV[1]
    redis.call('del', KEYS[1]); 
	redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]);
	return 1;
end;

return nil;

从这两段脚本可以看出Redis集成lua脚本的强大之处，自由度非常高，客制化的实现非常的便捷。当然，如果将复杂的业务逻辑搬进来是要极其谨慎的，如果是一个非常耗时的脚本（操作大key、循环等）很有可能严重影响到服务器的吞吐量。如果不得不这么做，那么一定要记得设置执行超时时间。

以上就是Redis Lua脚本的介绍，如果各位还想了解更多，欢迎转发+评论+关注，Redis图解系列专栏持续更新中，欢迎进入我的主页查看更多。