Redis

本篇定位

掌握 Redis 单线程模型、五大数据类型与场景、持久化、过期淘汰、事务/Lua，会搭建 主从、哨兵、Cluster，并能解决缓存穿透/击穿/雪崩、缓存一致性、分布式锁等实战问题。

先建立全局观：Redis 为什么快

原因	说明
纯内存	数据在内存，读写没有磁盘 IO
高效模型	IO 多路复用（epoll）+ 事件驱动
命令单线程	无锁、无线程切换、无竞态（6.0 起网络 IO 多线程，命令执行仍单线程）
数据结构高效	针对场景专门优化

一、简介与安装

Redis（Remote Dictionary Server）是高性能内存型 key-value 数据库，BSD 协议，支持持久化、丰富数据类型、高可用。常用于缓存、计数器、排行榜、分布式锁、消息队列、限流。

1.1 单线程模型

6.0 之前：核心全程单线程处理；
6.0 及以后：网络 IO 读写引入多线程，但命令执行仍由主线程串行完成（保证原子性、无锁竞争）；
辅助操作（持久化、异步删除、集群同步）本来就由后台线程做。

1.2 源码安装（推荐，版本新）

bash

sudo dnf install -y gcc make tar        # Debian: build-essential
tar -xzf redis-7.4.2.tar.gz && cd redis-7.4.2
make && sudo make PREFIX=/usr/local/redis install
sudo mkdir -p /etc/redis && sudo cp redis.conf /etc/redis/redis.conf
sudo /usr/local/redis/bin/redis-server /etc/redis/redis.conf

1.3 包管理 / Docker

bash

sudo apt install -y redis-server        # Debian
sudo dnf install -y redis              # RHEL（EPEL）

docker run -d --name redis -p 6379:6379 \
  -v /data/redis/redis.conf:/etc/redis/redis.conf \
  redis:7.4.2 redis-server /etc/redis/redis.conf

1.4 核心配置 redis.conf

conf

bind 0.0.0.0
port 6379
daemonize yes
requirepass Your@123
dir /data/redis
maxmemory 512mb
maxmemory-policy allkeys-lru
# io-threads 2        # 6.x 网络 IO 线程

1.5 客户端与通用命令

bash

redis-cli -h 10.0.0.13 -a Your@123

sql

PING                          -- PONG
SELECT 0                      -- 切换 db（默认 16 个）
DBSIZE
KEYS *                        -- 生产禁用（阻塞）
SCAN 0 MATCH user:* COUNT 100 -- 渐进遍历（推荐）
EXISTS k; DEL k; EXPIRE k 60; TTL k; TYPE k; RENAME k k2
CONFIG GET maxmemory
INFO

二、数据类型

2.1 String 字符串

缓存、计数器、分布式锁、session、验证码。

sql

SET name tom;  GET name
SET code 100 EX 60                 -- 60 秒过期
SETNX lock 1                       -- 不存在才设置
INCR cnt; DECR cnt; INCRBY cnt 5
MSET a 1 b 2; MGET a b
APPEND name x; STRLEN name

2.2 Hash 哈希

存对象（用户、商品），可单字段更新、比 String 更省。

sql

HSET user:1 name tom age 20
HGET user:1 name
HGETALL user:1
HMGET user:1 name age
HINCRBY user:1 age 1
HDEL user:1 age; HKEYS user:1; HVALS user:1

2.3 List 列表

有序可重复、双端操作：消息队列、最新列表/时间线。

sql

LPUSH msgs a b; RPUSH msgs c
LRANGE msgs 0 -1
LPOP msgs; RPOP msgs
LLEN msgs
BLPOP msgs 10            -- 阻塞式弹出（队列常用）

2.4 Set 集合

无序、自动去重、交并差集：标签、共同好友、抽奖。

sql

SADD tags redis linux mysql
SMEMBERS tags; SISMEMBER tags redis
SINTER s1 s2             -- 交集（共同好友）
SUNION s1 s2             -- 并集
SDIFF s1 s2              -- 差集
SRANDMEMBER tags 1       -- 随机
SPOP tags                -- 随机弹出

2.5 ZSet 有序集合

成员带 score 并排序：排行榜、热搜、带权重队列。

sql

ZADD rank 90 tom 85 jack 100 lily
ZRANGE rank 0 -1 WITHSCORES
ZREVRANGE rank 0 2 WITHSCORES       -- 前 3 名
ZRANGEBYSCORE rank 80 95
ZRANK rank tom; ZSCORE rank tom
ZINCRBY rank 5 tom
ZREM rank tom

2.6 其他类型

类型	场景	命令
Bitmap 位图	签到、在线状态、布尔统计（极省内存）	SETBIT、GETBIT、BITCOUNT、BITOP
HyperLogLog	海量 UV 去重计数（约 0.81% 误差）	PFADD、PFCOUNT、PFMERGE
Stream（5.0）	消息队列（消费组、持久化、ACK）	XADD、XREAD、XGROUP、XACK
Geo	附近的人/门店、距离	GEOADD、GEORADIUS、GEODIST

三、持久化

3.1 RDB 快照

某时刻把内存数据快照写入 dump.rdb（SAVE 阻塞 / BGSAVE fork 子进程）。

优点：文件紧凑、恢复快、适合备份；
缺点：间隔期宕机会丢数据，fork 大内存有开销。

conf

save 900 1            -- 900 秒内 1 次改动触发
save 300 10
dbfilename dump.rdb

3.2 AOF 追加日志

记录每条写命令，重启重放恢复。

conf

appendonly yes
appendfsync everysec       -- always 最安全 / everysec 默认(最多丢1秒) / no
auto-aof-rewrite-percentage 100

优点：数据更安全；
缺点：文件大、恢复慢，需重写（BGREWRITEAOF）压缩。

3.3 混合持久化（推荐）

4.0+ AOF 重写时，前半部分用 RDB 快照、后半部分追加增量命令（aof-use-rdb-preamble yes），兼顾恢复速度与安全。

场景	选择
纯缓存、可丢	关闭持久化
不能丢	AOF everysec / 混合
备份	RDB 定期 + 异地

四、过期与淘汰

4.1 过期删除

设了 TTL 的 key 用惰性删除（访问时检查）+ 定期删除（周期抽样）结合。

4.2 内存淘汰策略（maxmemory 满）

策略	说明
noeviction	不淘汰，写报错（默认）
allkeys-lru	所有 key 淘汰最久未用（缓存常用）
volatile-lru	设过期的 key 中 LRU
allkeys-lfu / volatile-lfu	按访问频率淘汰最少用（4.0）
allkeys-random / volatile-random	随机
volatile-ttl	淘汰最快过期的

五、事务与 Lua

5.1 事务

sql

MULTI                -- 开启
SET a 1
SET b 2
EXEC                 -- 顺序执行（或 DISCARD 放弃）
WATCH key            -- 监视，被改动则事务失败（乐观锁）

Redis 事务不支持回滚：命令入队时的语法错误会全部不执行，但运行期错误（如对字符串 incr）其他命令仍执行，需自己保证正确。

5.2 Lua 脚本（真正原子）

bash

redis-cli -a pass EVAL "return redis.call('get', KEYS[1])" 1 mykey
# EVALSHA 执行缓存脚本；脚本整体原子执行，适合组合操作（如限流、释放锁）

六、主从复制

一主多从、读写分离、数据冗余。

sql

-- 从库
REPLICAOF 10.0.0.13 6379        -- 旧命令 SLAVEOF
-- REPLICAOF NO ONE             -- 断开关联升主

全量同步：首次连接，主库 BGSAVE 生成 RDB 发给从库 + 缓冲期间新命令；
增量同步：之后通过**复制积压缓冲区（repl backlog）**用 PSYNC 补发；
主从需手动切换。

七、哨兵 Sentinel

在主从上提供自动化高可用：监控、通知、自动故障转移、配置提供。

7.1 部署（奇数，如 3 个）

conf

# sentinel.conf
port 26379
sentinel monitor mymaster 10.0.0.13 6379 2     -- quorum=2
sentinel auth-pass mymaster Your@123
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000

bash

redis-sentinel /etc/sentinel.conf

7.2 故障转移

单哨兵发现主无响应 → 主观下线；
达 quorum → 客观下线；
哨兵选 leader，按优先级/复制偏移/runid 选一个从库提升为新主；
其他从库指向新主，客户端经哨兵获取新主地址。

八、Cluster 集群

哨兵保证高可用但数据仍在单主、无法水平扩容量。Cluster 分片把数据分散到多主。

8.1 哈希槽

共 16384 槽，CRC16(key) % 16384 定位，槽分给各主；
多主各管部分槽、每主配从；节点间用 Gossip 通信；
多 key 需同槽，用 hash tag：{user}:1、{user}:2。

8.2 搭建（3 主 3 从）

bash

# 各节点配置 cluster-enabled yes、cluster-config-file nodes-7001.conf
redis-cli --cluster create \
  10.0.0.13:7001 10.0.0.13:7002 10.0.0.13:7003 \
  10.0.0.13:7004 10.0.0.13:7005 10.0.0.13:7006 \
  --cluster-replicas 1 -a Your@123

redis-cli -c -p 7001          -- -c 集群模式自动重定向
CLUSTER NODES; CLUSTER INFO

8.3 运维

bash

redis-cli --cluster add-node 新:7007 10.0.0.13:7001     -- 加节点
redis-cli --cluster reshard 10.0.0.13:7001             -- 迁移槽
redis-cli --cluster check 10.0.0.13:7001

方案	解决	容量	切换
主从	读扩展/冗余	单机	手动
哨兵	高可用	单机	自动
Cluster	高可用 + 水平扩容	分片	自动

九、缓存实战问题

9.1 缓存穿透

查询数据库里也不存在的数据，每次都打到 DB（如恶意刷不存在 ID）。

方案：缓存空值（短 TTL）、布隆过滤器（先判断 ID 是否可能存在）、参数校验。

9.2 缓存击穿

某个热点 key 过期瞬间，大量并发同时打到 DB。

方案：互斥锁（只放一个线程查库重建，其他等待）、热点 key 逻辑过期/不过期。

9.3 缓存雪崩

大量 key 同时过期或 Redis 整体宕机，请求全压 DB。

方案：过期时间加随机值错开、Redis 集群高可用、多级缓存、限流降级兜底。

9.4 缓存与数据库一致性

常用 Cache Aside：读先查缓存、miss 查库回填；写先更新数据库，再删除缓存（删缓存比更新缓存更稳）；必要时延迟双删、订阅 binlog（如 Canal）刷新。

9.5 分布式锁

sql

-- 加锁：NX + 过期时间 + 唯一标识
SET lock:order 客户端唯一ID NX PX 10000
-- 释放锁用 Lua：先判断是自己的锁再删，避免误删别人的锁

要点：加锁设过期防死锁、值唯一、Lua 原子释放；复杂场景（可重入、看门狗续期）用 Redisson。

面试自测

Redis 为什么快？6.0 的多线程指什么，为什么命令还是单线程？
五种数据类型各自的典型场景？ZSet 底层了解吗？
RDB 和 AOF 的区别？混合持久化是什么？
Redis 的过期删除和内存淘汰策略有哪些？
缓存穿透、击穿、雪崩分别是什么、怎么解决？
如何保证缓存和数据库一致性？
分布式锁怎么实现才安全？SETNX 有什么问题？
哨兵的故障转移流程？Cluster 的哈希槽原理，为什么是 16384？

Redis ​

先建立全局观：Redis 为什么快 ​

一、简介与安装 ​

1.1 单线程模型 ​

1.2 源码安装（推荐，版本新） ​

1.3 包管理 / Docker ​

1.4 核心配置 redis.conf ​

1.5 客户端与通用命令 ​

二、数据类型 ​

2.1 String 字符串 ​

2.2 Hash 哈希 ​

2.3 List 列表 ​

2.4 Set 集合 ​

2.5 ZSet 有序集合 ​

2.6 其他类型 ​

三、持久化 ​

3.1 RDB 快照 ​

3.2 AOF 追加日志 ​

3.3 混合持久化（推荐） ​

四、过期与淘汰 ​

4.1 过期删除 ​

4.2 内存淘汰策略（maxmemory 满） ​

五、事务与 Lua ​

5.1 事务 ​

5.2 Lua 脚本（真正原子） ​

六、主从复制 ​

七、哨兵 Sentinel ​

7.1 部署（奇数，如 3 个） ​

7.2 故障转移 ​

八、Cluster 集群 ​

8.1 哈希槽 ​

8.2 搭建（3 主 3 从） ​

8.3 运维 ​

九、缓存实战问题 ​

9.1 缓存穿透 ​

9.2 缓存击穿 ​

9.3 缓存雪崩 ​

9.4 缓存与数据库一致性 ​

9.5 分布式锁 ​

面试自测 ​

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2.2 Hash 哈希

2.3 List 列表

2.4 Set 集合

2.5 ZSet 有序集合

2.6 其他类型

三、持久化

3.1 RDB 快照

3.2 AOF 追加日志

3.3 混合持久化（推荐）

四、过期与淘汰

4.1 过期删除

4.2 内存淘汰策略（maxmemory 满）

五、事务与 Lua

5.1 事务

5.2 Lua 脚本（真正原子）

六、主从复制

七、哨兵 Sentinel

7.1 部署（奇数，如 3 个）

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8.1 哈希槽

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