Redis 概览
为什么 Redis 很重要
Redis（Remote Dictionary Server）是现代后端系统中的关键组件：
- 性能：内存操作，微秒级延迟（vs 基于磁盘数据库的毫秒级）
- 多功能性：丰富的数据结构（字符串、哈希、列表、集合、有序集合）
- 特性：发布/订阅、事务、Lua 脚本、集群
- 使用场景：缓存、会话存储、排行榜、限流、消息队列
实际影响：
- 缓存频繁访问的数据可以减少 90% 的数据库负载
- Redis 中的会话存储实现了 Web 服务器的水平扩展
- 有序集合支持数百万用户的实时排行榜
示例：
# 设置缓存（微秒级延迟）
SET user:123:name "Alice"
GET user:123:name # 返回 "Alice"
# 对比 MySQL：每次查询 10-100ms
Redis 一览
核心特性：
- 内存存储：所有数据存储在 RAM 中（快速）
- 键值存储：通过键访问数据
- 单线程：避免并发问题（但可通过集群使用多 CPU）
- 数据结构：丰富的数据类型（不仅仅是字符串）
- 持久化：可选（可以纯缓存或持久化）
常见使用场景
1. 缓存
目的：减少数据库负载，提升响应时间
# 缓存用户资料
HSET user:123 name "Alice" email "alice@example.com" age 25
HGET user:123 name # 返回 "Alice"
# 带 TTL 的缓存（1 小时后过期）
SETEX user:123:profile 3600 "Alice,alice@example.com,25"
优势：
- 比 MySQL 快 1000 倍（微秒 vs 毫秒）
- 减少数据库负载（更少连接、更少 CPU）
- 改善用户体验（更快的页面加载）
2. 会话存储
目的：存储用户会话（登录状态、购物车）
# 登录时设置会话数据
HSET session:abc123 user_id 123 login_time "2024-02-14T10:00:00Z"
EXPIRE session:abc123 3600 # 1 小时后过期
# 后续请求时检查会话
HEXISTS session:abc123 user_id # 返回 1（存在）
HGET session:abc123 user_id # 返回 123
优势：
- 跨多个 Web 服务器的共享会话存储（水平扩展）
- 快速会话查找（微秒级延迟）
- 自动过期（TTL）
3. 排行榜
目的：实时排名（游戏、社交媒体）
# 添加分数
ZADD leaderboard 1000 "alice" 950 "bob" 1200 "charlie"
# 获取前 10 名
ZREVRANGE leaderboard 0 9 WITHSCORES
# 获取用户排名
ZREVRANK leaderboard "alice" # 返回 2（从 0 开始）
# 增加分数
ZINCRBY leaderboard 50 "alice" # Alice 的分数变为 1050
优势：
- 实时更新（微秒级延迟）
- 高效排名（插入/排名 O(log N)）
- 范围查询（前 N 名、用户排名）
4. 限流
目的：限制 API 请求频率（防止滥用）
# 递增计数器
INCR ratelimit:user:123:2024-02-14:10:00
# 首次请求时设置过期
EXPIRE ratelimit:user:123:2024-02-14:10:00 60
# 检查是否超限
GET ratelimit:user:123:2024-02-14:10:00
# 如果 > 100，返回 429 Too Many Requests
5. 发布/订阅
目的：实时消息传递（通知、聊天）
# 发布者
PUBLISH notifications:123 "New message from Alice"
# 订阅者
SUBSCRIBE notifications:123
# 收到："New message from Alice"
快速参考
数据结构
| 类型 | 描述 | 使用场景 |
|---|---|---|
| String | 二进制安全字符串 | 缓存、计数器、会话 |
| Hash | 字段-值对 | 对象存储、用户资料 |
| List | 链表（有序） | 队列、栈、时间线 |
| Set | 无序唯一元素 | 标签、关注者、唯一访客 |
| ZSet | 带分数的有序集合 | 排行榜、排名、优先队列 |
常用命令
# String
SET key value
GET key
INCR key # 原子递增
SETEX key seconds value # 带 TTL 的设置
# Hash
HSET key field value
HGET key field
HGETALL key
# List
LPUSH key value # 从左边推入（头部）
RPUSH key value # 从右边推入（尾部）
LPOP key # 从左边弹出
RPOP key # 从右边弹出
LRANGE key 0 -1 # 获取所有元素
# Set
SADD key member
SMEMBERS key
SISMEMBER key member
# Sorted Set
ZADD key score member
ZREVRANGE key start stop WITHSCORES
ZRANK key member
持久化
| 方法 | 描述 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| RDB | 定时快照 | 紧凑、备份快 | 上次快照后的数据丢失 |
| AOF | 追加文件（记录每次写入） | 持久、最小数据丢失 | 文件大、较慢 |
Redis vs MySQL
| 特性 | Redis | MySQL |
|---|---|---|
| 存储 | 内存（RAM） | 磁盘 |
| 延迟 | 微秒（μs） | 毫秒（ms） |
| 数据结构 | 丰富（String, Hash, List, Set, ZSet） | 表（行、列） |
| 查询语言 | 键值命令（无 SQL） | SQL（复杂查询、JOIN） |
| 事务 | 有限（无回滚） | 完整 ACID |
| 持久化 | 可选（RDB、AOF） | 始终持久（InnoDB） |
| 使用场景 | 缓存、实时 | 主数据存储 |
何时使用 Redis：
- 缓存（减少数据库负载）
- 实时功能（排行榜、通知）
- 会话存储（水平扩展）
- 消息队列（发布/订阅、流）
何时使用 MySQL：
- 主数据存储（用户账户、订单）
- 复杂查询（JOIN、聚合）
- ACID 事务（金融数据）
- 数据关系（外键）
架构
单实例
优点：简单、低延迟 缺点：单点故障、受单台服务器 RAM 限制
主从复制
优点：读扩展、高可用（故障转移） 缺点：写扩展受限于主节点、最终一致性
Redis Cluster
优点：水平扩展（分片）、高可用 缺点：配置复杂、不支持跨槽操作
性能技巧
1. 使用合适的数据结构
# ❌ 差：在 String 中存储 JSON
SET user:123 '{"name":"Alice","age":25}'
GET user:123 # 应用层需要解析 JSON
# ✅ 好：使用 Hash
HSET user:123 name "Alice" age 25
HGET user:123 name # 无需解析
2. 批量操作
# ❌ 差：每条命令一次往返
SET key1 value1
SET key2 value2
SET key3 value3
# ✅ 好：Pipeline（发送所有命令，接收所有响应）
# 或使用 MSET
MSET key1 value1 key2 value2 key3 value3
3. 使用过期时间（TTL）
# 防止内存泄漏：始终为缓存数据设置 TTL
SETEX session:abc123 3600 "user data" # 1 小时后过期
EXPIRE cache:user:123 300 # 5 分钟后过期
4. 监控内存使用
# 检查内存使用
INFO memory
# 设置最大内存（淘汰策略）
CONFIG SET maxmemory 2gb
CONFIG SET maxmemory-policy allkeys-lru
文档结构
本 Redis 文档涵盖：
- 数据结构 - String、Hash、List、Set、ZSet 详细指南
- 持久化 - RDB vs AOF、持久性配置
- 集群 - Redis Cluster、Sentinel、高可用
- 缓存模式 - 缓存策略、失效、最佳实践
面试题清单
基础
- Redis 是什么，何时使用？
- Redis 有哪些数据结构？
- Redis 与 MySQL 有什么区别？
- RDB 和 AOF 持久化有什么区别？
数据结构
- 如何在 Redis 中实现排行榜？
- List 和 Set 有什么区别？
- 如何在 Redis 中存储用户资料？
- 如何实现限流？
架构
- Redis 复制如何工作？
- 什么是 Redis Cluster，它如何分片数据？
- Redis Sentinel 如何提供高可用？
- 为什么 Redis 是单线程的？
缓存
- 常见的缓存策略有哪些？
- 如何处理缓存失效？
- 什么是缓存雪崩，如何防止？
- 如何避免缓存穿透？
下一步
深入了解 Redis：