Redis

1. Redis 简介

Redis 是完全开源的，遵守 BSD 协议，是一个高性能的 key-value 数据库。

1.1 Redis三大特点

1. 持久化：可将内存中的数据保存在磁盘中，重启时加载使用。
2. 丰富的数据结构：不仅支持简单的 key-value，还支持 list、set、zset、hash 等。
3. 数据备份：支持 master-slave 模式的数据备份。

1.2 Redis 优势

• 性能极高：10万~100万+ QPS，微秒级响应。
• 丰富的数据类型：Strings、Lists、Hashes、Sets、OrderedSets。
• 原子性：所有操作都是原子性的，支持事务（MULTI / EXEC）。
• 丰富的特性：支持 publish/subscribe、通知、key 过期等。

1.3 与其他 key-value 存储的不同

• 更复杂的数据结构，并提供原子性操作。
• 内存操作，内部复杂性高，但磁盘格式紧凑、追加方式产生。

2. Redis 数据类型

类型	说明
string	最基本类型，二进制安全，最大 512MB
hash	键值对集合，适合存储对象
list	简单字符串列表，按插入顺序排序，可重复
set	无序集合，元素唯一
zset (sorted set)	有序集合，每个元素关联一个分数（score）

3. 哈希槽（Redis Cluster）

• 槽的数量：16384 个（0 ~ 16383），固定数量。
• 映射规则：HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384
• 数据分布：每个集群节点负责一部分槽。支持动态迁移与扩容。

4. Redis 常见应用场景

场景	说明
热点数据缓存	Cache-Aside 模式，设置合理 TTL
分布式锁	SETNX + Lua 脚本，设置过期时间
计数器与限流	INCR 原子递增，过期时间实现限流
排行榜系统	SortedSet 按分数排序
分布式会话	集中存储用户会话信息
消息队列	List 的 LPUSH / BRPOP，简单队列
位图应用	签到、活跃用户统计
地理信息存储	GEO 数据结构，LBS 场景

5. Redis 特性

• 速度快：10W QPS，基于内存，C 语言实现
• 单线程（6.0 版本前）
• 持久化：RDB 和 AOF
• 支持多种数据结构
• 功能丰富：Lua 脚本、发布订阅、事务、Pipeline
• 简单：单机核心代码约 23000 行
• 主从复制
• 高可用和分布式：哨兵、集群

5.1 单线程模型

Redis 使用单线程处理请求（6.0 前），原因：

• 操作基于内存，快；数据库访问硬盘，慢
• 核心功能比数据库简单
• 避免线程竞争开销
• 使用 epoll 实现 IO 多路复用

5.2 IO 多路复用（epoll）

• 一个线程处理多个 socket
• Linux 提供 select、poll、epoll 三套 API
• 类似于点餐时“好了叫我”的回调机制

6. 持久化

6.1 RDB（Redis DataBase）

• 快照方式，保存某个时刻的内存数据到 dump.rdb
• 触发方式：save（同步，阻塞）、bgsave（异步，fork 子进程）
• 配置触发：save 900 1、save 300 10、save 60 10000
• 优点：恢复数据快，文件紧凑，适合备份
• 缺点：可能丢失最近一次快照后的数据，fork 子进程消耗内存

6.2 AOF（Append-only File）

• 记录每个写操作命令，追加到 appendonly.aof
• 写入策略：
  • always：每个写操作都同步，最安全但慢
  • everysec：每秒同步一次，默认，最多丢 1 秒数据
  • no：由操作系统决定，最快但不安全
• AOF 重写：压缩命令集，减少文件大小，使用 bgrewriteaof
• 优点：数据更完整，丢失数据少
• 缺点：文件大，恢复数据慢

当 RDB 和 AOF 都开启时，Redis 优先使用 AOF 恢复数据。

7. Pipeline 流水线

• 将一组 Redis 命令打包，一次 RTT 传输，减少网络往返时间。
• 适用于不支持批量操作的命令（如多次 hgetall）。
• 网络延迟越大，Pipeline 性能提升越明显。

8. 缓存问题

8.1 缓存穿透

• 定义：查询不存在的数据（缓存和数据库中都没有），请求直接打到数据库。
• 解决方案：
  • 接口层校验
  • 缓存空结果（短 TTL）
  • 布隆过滤器

8.2 缓存击穿

• 定义：热点 key 过期瞬间，大量并发请求同时打到数据库。
• 解决方案：
  • 加锁排队
  • 热点 key 设置为永不过期（需主动更新）

8.3 缓存雪崩

• 定义：大面积 key 同时过期或 Redis 宕机，所有请求涌入数据库。
• 解决方案：
  • 过期时间加随机值
  • 搭建高可用集群（哨兵、Cluster）
  • 服务限流熔断（Sentinel、Hystrix）
  • 多级缓存（本地缓存 + Redis）

9. 主从复制

• 目的：数据冗余、读写分离
• 特点：
  • 一个 master 可以有多个 slave
  • 一个 slave 只能有一个 master
  • 数据流向 master → slave 单向
  • master 可读写，slave 只读
• 工作原理：
  1. slave 向 master 发送 sync 命令
  2. master 启动后台存盘进程，收集修改命令
  3. master 传送 RDB 文件给 slave
  4. slave 加载数据完成首次同步
  5. 后续增量同步

10. 哨兵模式（Sentinel）

• 目的：在主从复制基础上实现自动故障转移（高可用）
• 核心功能：监控、通知、自动故障转移、配置提供者
• 故障转移流程：
  1. 主观下线（SDOWN）
  2. 客观下线（ODOWN）——多个 Sentinel 确认
  3. 选举 Leader 执行故障转移
  4. 提升最优从节点为新 master
  5. 重配其他从节点
  6. 通知客户端

11. Redis Cluster 集群

• 目的：解决单机容量、性能、单点故障问题，实现水平扩展
• 核心特点：
  • 无中心架构，数据分片（16384 个哈希槽）
  • 主从复制 + 自动故障转移
  • 节点间通过 Gossip 协议通信
• 数据映射：HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384
• 故障转移：当 master 宕机，其 slave 自动选举成为新 master
• 使用场景：海量数据（>100GB）、高并发（QPS ≥ 5万）

集群搭建示例（3主3从）

bash

# 在所有节点配置
bind 0.0.0.0
cluster-enabled yes

# 创建集群（任意节点）
redis-cli --cluster create \
  192.168.108.21:6379 192.168.108.22:6379 192.168.108.23:6379 \
  192.168.108.24:6379 192.168.108.25:6379 192.168.108.26:6379 \
  --cluster-replicas 1

12. 常用命令

命令	说明
INFO	查看服务器状态信息
SELECT <db>	切换数据库（0-15）
KEYS *	查看所有 key（生产环境慎用！）
DBSIZE	当前库 key 数量
FLUSHDB	清空当前库
FLUSHALL	清空所有库
SHUTDOWN	关闭 Redis 服务
CONFIG GET/SET	动态修改配置
SLOWLOG GET/LEN/RESET	慢查询日志

13. 安装（CentOS 7 源码安装）

bash

# 安装依赖
yum install tcl gcc gcc-c++ -y

# 解压
tar zxvf redis-6.2.14.tar.gz -C /usr/local/

# 编译安装
cd /usr/local/redis-6.2.14/
make && make install

# 启动（后台运行）
redis-server redis.conf &

# 客户端连接
redis-cli

14. 配置文件核心参数

参数	说明
bind 127.0.0.1	监听地址，远程访问需改为 0.0.0.0
port 6379	监听端口
daemonize no	是否守护进程
databases 16	逻辑数据库数量
save 900 1	RDB 触发条件
appendonly no	是否开启 AOF
appendfsync everysec	AOF 同步策略
requirepass foobared	访问密码
maxclients 10000	最大客户端连接数

15. 消息队列实现

生产者/消费者模式（List）

• LPUSH + RPOP 或 RPUSH + LPOP
• 阻塞式：BRPOP / BLPOP

发布者/订阅者模式（Pub/Sub）

• SUBSCRIBE channel 订阅频道
• PUBLISH channel message 发布消息

16. Python 连接 Redis 示例

python

import redis

r = redis.Redis(host='192.168.108.172', port=6379, password='123456', db=0)

# 字符串操作
r.set('color1', 'red')
value = r.get('color1')
print(value)

# 列表操作
r.lpush('mylist', 'nihao')
r.lpush('mylist', 'laogao')
print(r.lrange('mylist', 0, -1))

# 哈希操作
r.hset('student', 'name', 'lisi')
r.hset('student', 'age', '18')
print(r.hgetall('student'))