一、Redis 基础

  • 是什么：Remote Dictionary Server，开源、高性能的 内存型 KV 数据库。
  • 特点：
    • 单线程模型（IO 多路复用 + 事件驱动）。
    • 高性能（内存操作 + 单线程避免锁竞争）。
    • 支持多种数据结构，不止 KV。
    • 持久化支持（RDB、AOF）。
    • 支持分布式（主要包括 主从复制、Redis 哨兵、Redis 集群 和 分布式锁）。
  • 应用场景：
    • 缓存（热点数据）。
    • 分布式锁。
    • 排行榜、计数器。
    • 消息队列（Pub/Sub、Stream）。
    • 会话存储（Token、Session）。

二、Redis 数据结构 & 应用场景

  1. String（字符串）

    • 最常见，最大 512MB。
    • 应用：缓存对象、分布式锁（setnx）、计数器（incr/decr）。

    核心命令

    • SET key value [EX seconds] [NX|XX]：设置 key（EX 设置过期，NX 不存在时才设置，XX 已存在时才设置）。
    • GET key：取值。
    • MSET/MGET：批量操作。
    • INCR/DECR key：自增/自减。
    • APPEND key value：追加。
    • GETSET key value：原子替换并返回旧值。

    应用场景

    • 缓存对象：SET user:1 "{...}" EX 3600
    • 分布式锁：SET lock:order 1 NX PX 5000
    • 计数器：INCR page:view:123

  2. Hash（哈希）

    • 类似 key -> { field : value }。
    • 应用：存储对象属性（用户信息）。

    核心命令

    • HSET key field value：设置字段。
    • HGET key field：取值。
    • HDEL key field：删除字段。
    • HGETALL key：获取所有 field-value。
    • HINCRBY key field 1：字段自增。
    • HEXISTS key field：判断是否存在。

    应用场景

    • 存储对象：HSET user:1 name "Tom" age 20
    • 购物车：HSET cart:1001 product:1 2
    • 属性计数：HINCRBY user:1 login_count 1

  3. List（列表）

    • 双向链表。
    • 应用：消息队列、时间线。

    核心命令

    • LPUSH/RPUSH key value：左/右插入。
    • LPOP/RPOP key：弹出。
    • LRANGE key start stop：获取子列表。
    • BLPOP/BRPOP key timeout：阻塞弹出。
    • LREM key count value：删除元素。

    应用场景

    • 消息队列：LPUSH queue order_123
    • 时间线：LPUSH timeline:uid value
    • 阻塞队列：BLPOP task:queue 0

  4. Set（集合）

    • 无序、唯一。
    • 应用：标签、去重、共同好友。

    核心命令

    • SADD key member：添加。
    • SMEMBERS key：获取所有成员。
    • SREM key member：删除。
    • SISMEMBER key member：是否存在。
    • SUNION/SINTER/SDIFF：集合运算。

    应用场景

    • 用户标签：SADD user:1:tags sports reading
    • 去重：SADD ip:set 1.1.1.1
    • 社交关系：SINTER user:1:friends user:2:friends → 共同好友

  5. Sorted Set（有序集合）

    • 元素带权重（score），按 score 排序。
    • 应用：排行榜、优先级队列。

    核心命令

    • ZADD key score member：添加。
    • ZRANGE key start stop [WITHSCORES]：升序。
    • ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]：降序。
    • ZREM key member：删除。
    • ZINCRBY key increment member：分数自增。
    • ZRANK/ZREVRANK：排名。

    应用场景

    • 排行榜：ZADD rank 100 user1
    • 延时队列：score 设为时间戳，按时间取。
    • 优先级队列。

  6. Bitmap（位图）

    • 对 String 进行位操作。
    • 应用：用户签到、活跃状态。

  7. HyperLogLog

    • 基数统计（近似去重，误差 0.81%）。
    • 应用：UV（独立访客统计）。

  8. Geo（地理位置）

    • 经纬度存储与半径查询。
    • 应用：附近的人/店。

  9. Stream（流）

    • Redis 5.0 引入，消息队列增强版。
    • 应用：日志收集、事件流。

三、持久化机制

  1. RDB（快照）
    • 周期性保存内存快照到磁盘。
    • 优点：恢复快、文件小。
    • 缺点：可能丢数据（快照点后）。
  2. AOF（追加日志）
    • 记录写操作日志，重放恢复。
    • 优点：数据更完整。
    • 缺点：文件大、性能差。
    • 策略：always、everysec（常用）、no。
  3. 混合持久化（Redis 4.0+）
    • RDB 快照 + AOF 增量。

四、内存管理

  • 内存淘汰策略（maxmemory-policy）：
    • noeviction（默认，不淘汰，直接报错）。
    • allkeys-lru（最常用，淘汰最少使用的 key）。
    • allkeys-random。
    • volatile-lru（仅带过期时间的 key）。
    • volatile-ttl（淘汰快过期的 key）。
  • 内存分配器：jemalloc，减少碎片。

五、Redis 高可用 & 集群

  1. 主从复制
    • 异步复制，读写分离。
    • 应用：提高读性能、数据备份。
  2. 哨兵（Sentinel）
    • 监控主节点，自动故障转移。
    • 提供服务发现（客户端连 sentinel，获取新主）。
  3. 集群（Cluster）
    • 数据分片，槽位（16384 个 slot）。
    • 特点：去中心化，自动分片，支持扩缩容。

六、Redis 分布式特性

  • 分布式锁：
    • SET key value NX PX 30000（原子操作）。
    • 常见方案：Redlock。
    • 问题：锁超时、续约、时钟漂移。
  • 消息队列：
    • List 实现：简单，但存在丢消息/重复。
    • Pub/Sub：实时，但无法持久化。
    • Stream：可靠队列，支持消费组。

七、性能优化

  1. 使用建议
    • 合理设置过期时间（避免内存爆炸）。
    • 使用 pipeline 批量操作，减少 RTT。
    • bigkey 问题（避免单个 key 数据过大）。
    • 使用 hash tag 控制集群分片。
  2. 监控 & 调优
    • info 命令查看性能。
    • 慢查询日志。
    • 内存分析：memory usage / stats。
    • 热点 key 监控。