创建并修改Luab环境

为了在Redis服务器中执行Lua脚本，Redis在服务器内嵌了一个Lua环境（environment），并对这个Lua环境进行了一系列修改，从而确保这个Lua环境可以满足Redis服务器的需要
Redis服务器创建并修改Lua环境的整个过程由以下步骤组成：
- ①创建一个基础的Lua环境，之后的所有修改都是针对这个环境进行的
- ②载入多个函数库到Lua环境里面，让Lua脚本可以使用这些函数库来进行数据操作
- ③创建全局表格redis，这个表格包含了对Redis进行操作的函数，比如用于在Lua脚本中执行Redis命令的redis.call函数
- ④使用Redis自制的随机函数来替换Lua原有的带有副作用的随机函数，从而避免在脚本中引入副作用
- ⑤创建排序辅助函数，Lua环境使用这个辅佐函数来对一部分Redis命令的结果进行排序，从而消除这些命令的不确定性
- ⑥创建redis.pcall函数的错误报告辅助函数，这个函数可以提供更详细的出错信息
- ⑦对Lua环境中的全局环境进行保护，防止用户在执行Lua脚本的过程中，将额外的全局变量添加到Lua环境中
- ⑧将完成修改的Lua环境保存到服务器状态的lua属性中，等待执行服务器传来的Lua脚本

一、创建Lua环境

在最开始的这一步，服务器首先调用Lua的C API函数lua_open，创建一个新的Lua环境
因为lua_open函数创建的只是一个基本的Lua环境，为了让这个Lua环境可以满足Redis的操作要求，接下来服务器将对这个Lua环境进行一系列修改

二、载入函数库

Redis修改Lua环境的第一步，就是将以下函数库载入到Lua环境里面：
- 基础库（base library）：这个库包含Lua的核心（core）函数，比如assert、error、 pairs、tostring、pcall等。另外，为了防止用户从外部文件中引入不安全的代码，库中的 loadfile函数会被删除。
- 表格库（table library）：这个库包含用于处理表格的通用函数，比如table.concat、 table.insert、table.remove、table.sort等。
- 字符串库（string library）：这个库包含用于处理字符串的通用函数，比如用于对字符串进行查找的string.find函数，对字符串进行格式化的string.format函数，查看字符串长度的 string.len函数，对字符串进行翻转的string.reverse函数等。
- 数学库（math library）：这个库是标准C语言数学库的接口，它包括计算绝对值的 math.abs函数，返回多个数中的最大值和最小值的math.max函数和math.min函数，计算二次方根的math.sqrt函数，计算对数的math.log函数等。
- 调试库（debug library）：这个库提供了对程序进行调试所需的函数，比如对程序设置钩子和取得钩子的debug.sethook函数和debug.gethook函数，返回给定函数相关信息的 debug.getinfo函数，为对象设置元数据的debug.setmetatable函数，获取对象元数据的 debug.getmetatable函数等。
- Lua CJSON库（http://www.kyne.com.au/~mark/software/lua-cjson.php）：这个库用于处理UTF-8编码的JSON格式，其中cjson.decode函数将一个JSON格式的字符串转换为一个Lua 值，而cjson.encode函数将一个Lua值序列化为JSON格式的字符串。
- Struct库（http://www.inf.puc-rio.br/~roberto/struct/）：这个库用于在Lua值和C结构（struct）之间进行转换，函数struct.pack将多个Lua值打包成一个类结构（struct-like）字符串，而函数struct.unpack则从一个类结构字符串中解包出多个Lua值
- Lua cmsgpack库（https://github.com/antirez/lua-cmsgpack）：这个库用于处理 MessagePack格式的数据，其中cmsgpack.pack函数将Lua值转换为MessagePack数据，而 cmsgpack.unpack函数则将MessagePack数据转换为Lua值
通过使用这些功能强大的函数库，Lua脚本可以直接对执行Redis命令获得的数据进行复杂的操作

三、创建redis全局表格

在这一步，服务器将在Lua环境中创建一个redis表格（table），并将它设为全局变量
这个redis表格包含以下函数：
- 用于执行Redis命令的redis.call和redis.pcall函数
- 用于记录Redis日志（log）的redis.log函数，以及相应的日志级别（level）常量： redis.LOG_DEBUG，redis.LOG_VERBOSE，redis.LOG_NOTICE，以及 redis.LOG_WARNING
- 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
在这些函数里面，最常用也最重要的要数redis.call函数和redis.pcall函数，通过这两个函数，用户可以直接在Lua脚本中执行Redis命令：

四、使用Redis自制的随机函数来替换Lua原有的随机函数

为了保证相同的脚本可以在不同的机器上产生相同的结果，Redis要求所有传入服务器的Lua脚本，以及Lua环境中的所有函数，都必须是无副作用（side effect）的纯函数（pure function）
但是，在之前载入Lua环境的math函数库中，用于生成随机数的math.random函数和math.randomseed函数都是带有副作用的，它们不符合Redis对Lua环境的无副作用要求
因为上面的原因，Redis使用自制的函数替换了math库中原有的math.random函数和 math.randomseed函数，替换之后的两个函数有以下特征：
- 对于相同的seed来说，math.random总产生相同的随机数序列，这个函数是一个纯函数
- 除非在脚本中使用math.randomseed显式地修改seed，否则每次运行脚本时，Lua环境都使用固定的math.randomseed（0）语句来初始化seed

演示案例

例如，使用以下脚本，我们可以打印seed值为0时，math.random对于输入10至1所产生的随机序列：

无论执行这个脚本多少次，产生的值都是相同的：

但是，如果我们在另一个脚本里面，调用math.randomseed将seed修改为10086：

那么这个脚本生成的随机数序列将和使用默认seed值0时生成的随机序列不同：

五、创建排序辅助函数（rediscompare_helper()）

上一个小节说到，为了防止带有副作用的函数令脚本产生不一致的数据，Redis对math库的math.random函数和math.randomseed函数进行了替换
对于Lua脚本来说，另一个可能产生不一致数据的地方是那些带有不确定性质的命令。比如对于一个集合键来说，因为集合元素的排列是无序的，所以即使两个集合的元素完全相同，它们的输出结果也可能并不相同

带有不确定性的命令

考虑下面这个集合例子，这个例子中的fruit集合和another-fruit集合包含的元素是完全相同的，只是因为集合添加元素的顺序不同，SMEMBERS命令的输出就产生了不同的结果：

Redis将SMEMBERS这种在相同数据集上可能会产生不同输出的命令称为“带有不确定性的命令”，这些命令包括：

为了消除这些命令带来的不确定性，服务器会为Lua环境创建一个排序辅助函数 __redis__compare_helper，当Lua脚本执行完一个带有不确定性的命令之后，程序会使用 __redis__compare_helper作为对比函数，自动调用table.sort函数对命令的返回值做一次排序，以此来保证相同的数据集总是产生相同的输出
举个例子，如果我们在Lua脚本中对fruit集合和another-fruit集合执行SMEMBERS命令，那么两个脚本将得出相同的结果，因为脚本已经对SMEMBERS命令的输出进行过排序了：

六、创建redis.pcall函数的错误报告辅助函数（rediserr__handler()）

在这一步，服务器将为Lua环境创建一个名为__redis__err__handler的错误处理函数，当脚本调用redis.pcall函数执行Redis命令，并且被执行的命令出现错误时， __redis__err__handler就会打印出错代码的来源和发生错误的行数，为程序的调试提供方便
举个例子，如果客户端要求服务器执行以下Lua脚本：