Redis 介绍

NoSQL 技术

在实际项目开发中，我们往往需要面对海量用户和高并发的数据请求。MySQL 等传统关系型数据库面临着两大问题：

磁盘 IO 速度缓慢，单机读写速度不超过 10000 QPS，当数据库无法及时响应高并发的用户请求，请求积压进而导致数据库瘫痪。
数据关系复杂，扩展性差。不适合大规模集群。

因此我们必须引入 NoSQL 技术去解决以上两个问题，以作为关系型数据库的补充。

Redis 数据库

Redis 是一种基于内存的数据库技术。底层采用 C 语言开发，默认端口号 6379。

Redis 数据库作为数据缓存，将业务数据直接存储在内存中进行读写，单机读/写速度可达 110000/84000 QPS，可以满足高速响应的需求。
Redis 数据库只负责存储数据，数据之间不具有任何关联，易于扩容和伸缩。

Redis 应用场景

受限于内存的高昂成本，一般我们只使用 Redis 存储高频读写的关键数据。比如：

热点数据：如热点商品信息。
任务队列：如秒杀队列、抢购队列。
实时更新信息：如商品排行榜、公交到站信息。
时效性信息：如手机验证码、session 、心跳(heartbeat)。

Redis 主要适用于内部系统的高频数据。在线上环境负载极大的情况下，使用 Redis 也不足以满足对数据读写的速度要求。

Redis 基本使用

安装指令

在控制台输入以下指令安装和使用 Redis：

shell 复制代码

$ sudo apt-get install redis-server       # 安装 Redis 数据库（仅限 Ubuntu 可用）

$ redis-server                            # 启动 Redis 数据库
$ redis-server --port 6380                # 启动 Redis 数据库，在指定端口
$ redis-server redis-6379.conf            # 启动 Redis 数据库，使用指定配置文件

$ redis-cli                               # 进入 Redis 控制台，在默认端口
$ redis-cli -p 6380                       # 进入 Redis 控制台，在指定端口Copy to clipboardErrorCopied

基础配置

在 Redis 安装目录下的 redis.conf 文件是 Redis 默认配置文件，启动 Redis 数据库时默认加载。

conf 复制代码

daemonize no                     # 守护线程，打开后启动 Redis 控制台不提示
bind 127.0.0.1                   # 绑定 IP 地址，绑定后只能通过该地址访问 Redis
port 6379                        # 端口号
databases 16                     # 存储区域数量Copy to clipboardErrorCopied

日志配置

Redis 总共支持四个日志级别：debug / verbose / notice / warning ，从前往后日志记录信息逐渐减少。通常情况下开发环境设为 verbose ，生产环境设为 notice 。

conf 复制代码

loglevel verbose                 # 日志级别
logfile 6379.log                 # 日志文件名Copy to clipboardErrorCopied

持久化配置

默认使用 RDB 方式持久化数据，相关配置如下：

conf 复制代码

save 900 1                            # 自动同步数据条件，900s 内变更 1 个 key 值则持久化
save 300 10                           # 自动同步数据条件，300s 内变更 10 个 key 值则持久化

rdbcompression yes                    # 是否压缩数据，压缩后节省空间但读取较慢
rdbchecksum yes                       # 是否格式校验（默认开启），校验降低文件损坏风险但读取较慢

dbfilename dump.rdb                   # 保存文件名
dir ./                                # 保存文件位置Copy to clipboardErrorCopied

可以在配置文件中改用 AOF 方式持久化数据，刷新文件条件有三种类型： always / everysec / no 。

conf 复制代码

appendonly yes                        # 选用 AOF 方式持久化
appendsync everysec                   # 刷新文件条件，每秒更新一次操作日志Copy to clipboardErrorCopied

容量配置

对 Redis 数据库占用空间和客户链接做出限制。

conf 复制代码

maxclients 100                        # 客户连接数上限，超出后拒绝客户访问，为 0 表示不限制
timeout 300                           # 客户闲置时长，超出后关闭连接，为 0 表示不关闭

maxmemory 50                          # Redis 最大占用内存比例，为 0 表示全部可用
maxmemory-samples                     # Redis 随机选取数据数量
maxmemery-policy volatile-lru         # Redis 逐出策略Copy to clipboardErrorCopied

多机配置

如果我们要设置集群，则需要进行以下配置：

conf 复制代码

cluster enabled yes                        # 开启集群
cluster-config-file nodes.conf             # 集群配置文件Copy to clipboardErrorCopied

如果我们要设置主从服务器，则需要进行以下配置：

conf 复制代码

# 主服务器
requirepass 123456                    # 主服务器设置密码（可选）
repl-backlog-size 1mb                 # 缓冲区大小

# 从服务器
slaveof 127.0.0.1 6379                # 主服务器套接字，设置后自动连接
masterauth 123456                     # 主服务器密码
slave-serve-stale-data no             # 同步数据时是否允许读数据Copy to clipboardErrorCopied

Redis 基础

在 Redis 中单个指令都是原子性操作，通过指令操作 Redis 数据时无需担心线程安全问题。
Redis 以 key-value 的形式保存数据：key 值一定为 string 类型，而 value 值支持以下五种基础类型：

数据类型	存储形式
string	字符串
hash	哈希表
list	链表
set	哈希集
sorted_set	二叉树集

存储区域

Redis 将数据存储分为多个相互独立的区域，将 Redis 操作局限在自己的存储区域内。通常划分为 16 个（编号 0-15），默认使用编号 0 。

shell 复制代码

> select 1                         # 改用 1 号存储区域

> dbsize                           # 返回当前区域 key 数量
> move key 2                       # 将当前 key 迁移到 2 号存储区域
> flushdb                          # 清空当前存储区域
> flushall                         # 清空全部存储区域Copy to clipboardErrorCopied

key 操作

基本操作

shell 复制代码

> del key                            # 删除 key
> exists key                         # 判断是否存在 key
> type key                           # 返回 key 对应的 value 类型       

> rename key newkey                  # 重命名
> renamenx key newkey                # 重命名（返回 1），新名称已存在则失败（返回 0）
> sort                               # 对 key 排序Copy to clipboardErrorCopied

时效性控制

Redis 中可以为 key 设置有效期，key 过期后会由 Redis 执行删除策略回收内存空间。

shell 复制代码

> expire key 10                      # key 10s 内有效
> expireat key 1355292000            # key 截至时间戳有效
> persist key                        # key 永久有效

> ttl key                            # 返回 key 剩余有效时间，若不存在返回 -2 ，永久返回 -1Copy to clipboardErrorCopied

查询操作

Redis 支持查询存储区域内含有的 key，且允许使用以下通配符：

* 表示任意数量字符
? 表示任意一个字符
[] 表示一个指定字符

shell 复制代码

> keys *                             # 查询所有 key
> keys user:*                        # 查询所有 user 的 key
> keys id:75??                       # 查询 ID 为 7500-7599 的 key
> keys id:7[2345]55                  # 查询 ID 为 7255/7355/7455/7555 的 keyCopy to clipboardErrorCopied

基础类型

string 类型

Redis 的 string 类型中，key 值对应的存储空间内将保存一个字符串数据，

key 值标准命名格式为 表名:主键名:主键值:字段名，如 user:id:15942348:name - "王东浩"。

基本操作

shell 复制代码

> set key 10                     # 设置键值对
> get key                        # 获取键值，不存在则返回 nil
> del key                        # 删除键值对
> strlen key                     # 获取价值的字符串长度
> append key 0                   # 在键值尾部追加

> mset key1 10 key2 100          # 设置多个数据
> mget key1 key2                 # 获取多个数据

> setex key 10 1                 # 设置键值对，10s 后自动删除
> psetex key 10 1                # 设置键值对，10ms 后自动删除Copy to clipboardErrorCopied

数据操作

如果字符串为合法数字，可以当作数字处理。但数值不能超过 shell 中的 long 类型。

shell 复制代码

> incr key                       # 键值加一
> decr key                       # 键值减一
> incrby key 10                  # 键值加十
> decrby key 10                  # 键值减十
> incrbyfloat key -1.5           # 键值加 -1.5Copy to clipboardErrorCopied

hash 类型

hash 类型中，key 值对应的存储空间内可以保存多个键值对(field-value)：field 和 value 都必须是字符串类型。当键值对较少时存储空间内采用数组存储，当键值对较多时采用哈希存储。

十分适合存储对象，每个键值对记录对象的一个属性。

基本操作

shell 复制代码

> hset key field 10               # 设置/更新键值对
> hsetnx key field 10             # 如果键值不存在则设置键值对
> hget key field                  # 获取键值
> hgetall key                     # 获取全部键值
> hdel key field                  # 删除键值对
> hlen key                        # 获取键值对数量
> hexists key field               # 判断是否存在字段（返回 1 或 0）

> hmset key field1 1 field2 2     # 设置/修改多个键值对
> hmget key field1 field2         # 获取多个键值对Copy to clipboardErrorCopied

扩展操作

shell 复制代码

> hkeys key                       # 返回 key 对应的所有 field
> hvals key                       # 返回 key 对应的所有 value

> hincrby key field 1             # 键值加一
> hdecrby key field 1             # 键值减一Copy to clipboardErrorCopied

list 类型

list 类型中，key 值对应的存储空间内可以保存多个字符串数据，采用双向链表实现。具有索引的概念，但还是更适合从链表两侧操作。字符串总容量不能超过 2 的 32 次方。

十分适合存储有序信息，比如粉丝列表。

基本操作

shell 复制代码

lpush list 1                    # 链表左侧插入数据，返回下标
rpush list 2                    # 链表右侧插入数据，返回下标
lpop list                       # 获取并删除最左侧数据
rpop list                       # 获取并删除最右侧数据
blpop list 10                   # 获取并删除最左侧数据，不存在则至多等待 10 s
lrem list 3 x                   # 从左侧开始，删除三个为 x 的数据

lrange list 0 2                 # 返回左侧前3个数据
lrange list 0 -1                # 返回全部数据（常用）
lindex list 0                   # 返回指定位置数据
llen list                       # 返回字符串个数Copy to clipboardErrorCopied

set 类型

set 类型中，key 值对应的存储空间内可以保存多个字符串数据，采用哈希存储实现。随机查询效率比 list 类型更高。字符串总容量不能超过 2 的 32 次方。

十分适合存储集合类信息，比如用户感兴趣的话题、用户权限。

基本操作

shell 复制代码

sadd set member                  # 添加数据（可以是多个）
srem set member                  # 删除数据（可以是多个）
smembers set                     # 展示全部数据  

scard set                        # 返回数据个数
sismember set                    # 判断是否含有数据

srandmember set 5                # 随机从集合中选取 5 个数据
spop set                         # 返回并删除一个随机数据Copy to clipboardErrorCopied

扩展操作

shell 复制代码

sinter set1 set2                   # 交
sunion set1 set2                   # 并
sdiff set1 set2                    # 差
sinterstore newset set1 set2       # 交且存入新集合
sunionstore newset set1 set2       # 并且存入新集合
sdiffstore newset set1 set2        # 差且存入新集合

smove oldset newset 5              # 数据从旧集合迁移到新集合Copy to clipboardErrorCopied

sorted_set 类型

如果我们需要数据查询效率较高且有序，则可以使用 sorted_set 类型。底层和 set 结构相同采用哈希存储（value 值仍不可重复），但在 key-value 存储结构后添加 score 属性为数据排序，默认从小到大。score 是数字且可以使用小数，但如果使用小数浮点类型可能会出现精度丢失。

可以用来存储排行榜等有序数据集合，还可以用于存储时效性或者带有权重的任务队列，用当前时间或者权重作为 score 。

基本操作

shell 复制代码

zadd set score1 member             # 添加数据且标记序号（可以是多个）Copy to clipboardErrorCopied

高级类型

此外，Redis 还提供了 Bitmaps、 HyberLogLog、GEO 三种高级数据类型，用来适配特定的应用场景。

Bitmaps 类型

Bitmaps 类型中用作存储布尔值：每个 key 对应若干字节数据（字节数 = 最大编号 / 8），每字节可以存储 8 个 boolean 值。

如果 Redis 要存储大量 boolean 值，使用 Bitmaps 类型可以显著节省内存空间。

shell 复制代码

setbit bits 0 1                  # 将 0 位置为 1(true)
getbit bits 0                    # 取 0 位的值Copy to clipboardErrorCopied

HyperLogLog 类型

HyperLogLog 类型用作数据统计，只记录数量不保存数据，且当数据量巨大时存在误差！

使用 HyperLogLog 类型可以显著节省内存空间，每个 key 仅占用 12k 内存标记基数。

shell 复制代码

setbit bits 0 1                  # 将 0 位置为 1(true)
getbit bits 0                    # 取 0 位的值Copy to clipboardErrorCopied

GEO 类型

GEO 类型用作地理位置计算，根据经纬度。

Redis 高级

持久化

Redis 使用内存存储，一旦断电可能会导致数据丢失。因此需要将数据保存到永久性存储介质中，防止数据意外丢失。

如果 Redis 负责为数据库高热度数据访问加速或者一些其他业务（数据库中有重复数据），那么没必要为 Redis 数据持久化。

Redis 持久化有以下两种方式：

数据快照 RDB

定时将全部数据存入文件。存储速度慢但是恢复数据的速度很快，如果保存不及时仍会丢失少量数据。

数据以二进制形式默认存储在 安装目录/data/dump.rgb 文件。如果 Redis 数据库被关闭，下次重启时会从该文件读取数据。

手动存储

mysql 复制代码

save                      # 数据存入文件（会阻塞 Redis 数据库，导致其他指令无法执行）
bgsave                    # 数据存入文件（Redis 数据库调创建单独进程完成指令）

debug reload              # 重启 Redis，且关闭时将数据存入文件
shutrown save             # 关闭 Redis，且关闭时将数据存入文件Copy to clipboardErrorCopied

修改配置

在 安装目录/conf/redis-6379.conf 配置文件内可以修改默认配置：

如果操作系统内安装了多个 Redis 数据库（使用不同的端口），必须通过修改存储文件名加以区分。

shell 复制代码

dir data2                            # 修改存储路径（默认 data） 
dbfilename dump-6379.rgb             # 修改存储文件名（默认 dump.rgb）
rdbcompression no                    # 关闭数据压缩（默认开启），读取文件加快但文件会变大
rdbchecksum no                       # 关闭格式校验（默认开启），读取文件加快但存在文件损坏风险
stop-writes-on-bgsave-error no       # 后台存储出现错误不停止（默认停止）Copy to clipboardErrorCopied

通过修改配置文件，可以让 Redis 数据库可以自动调用 bgsave 指令更新 RDB 文件。

shell 复制代码

save 100 10                          # 自动存储（100s 内发生 10 个 key 数据变化时触发）Copy to clipboardErrorCopied

日志记录 AOF

将对数据的操作过程存入文件。这种方式刷新更频繁因此丢失数据概率更低，但恢复数据的速度比 RDB 方式更慢，占用存储空间也更大。

数据以二进制形式默认存储在 安装目录/data/appendonly.aof 文件。如果 Redis 数据库被关闭，下次重启时会根据该文件恢复数据。

文件重写

随着命令不断写入 AOF ，AOF 文件会越来越大，占用内存增多、恢复数据也会变慢。因此 Redis 需要对 AOF 文件进行重写，合并指令记录。

shell 复制代码

rewriteaof                          # 重写 AOF 文件（会阻塞 Redis 数据库，导致其他指令无法执行）
bgrewriteaof                        # 重写 AOF 文件（Redis 数据库调创建单独进程完成指令）                        Copy to clipboardErrorCopied

修改配置

AOF 不是默认持久化方式，需要在 安装目录/conf/redis-6379.conf 配置文件内修改默认配置：

必须通过配置文件开启并配置 AOF 存储。

shell 复制代码

appendonly yes                        # 选用 AOF 方式持久化

appendsync always                     # 每次操作刷新文件：非常频繁，损耗性能
appendsync everysec                   # 每秒刷新文件（默认）
appendsync no                         # 手动刷新文件Copy to clipboardErrorCopied

修改路径和文件名的操作和 RDB 方法类似。

shell 复制代码

dir data2                             # 修改存储路径（默认 data） 
dbfilename appendonly-6379.aof        # 修改存储文件名（默认 appendonly.aof）Copy to clipboardErrorCopied

通过修改配置文件，可以让 Redis 数据库自动调用 bgrewriteaof 指令重写 AOF 文件。

shell 复制代码

略，之后补充Copy to clipboardErrorCopied

事务

假如我们通过多个操作执行一次购物，如果在这个过程中还执行了其他操作，可能导致我们的购物过程出现意想不到的错误。

因此我们引入事务的概念，将多个操作看作一个不可分割的整体，统一执行而不会被其他操作打断。

shell 复制代码

multi                     # 开启事务，之后的命令不再立刻执行、而是进入任务队列

# 输入事务内的命令

exec                      # 执行事务，执行任务队列里的命令
discard                   # 取消事务，清空任务队列Copy to clipboardErrorCopied

如果事务中包含语法错误（不能识别的命令），所有的命令都不会执行。
如果事务中包含无法执行的命令，仅有出错的命令将不会被执行，其他被执行的命令需要开发者自行回滚。

锁

在事务准备的过程中，如果执行的其他操作导致触发事务的条件发生了变化，这个时候就不应该继续执行事务。

我们引入了锁的概念来监视特定 key，在执行事务前如果其 value 发生了变化则终止事务执行。

shell 复制代码

watch key1 key2            # 监视 key，书写在 multi 命令前
unwatch                    # 取消监视 key，书写在 multi 命令前

# 在之后执行事务Copy to clipboardErrorCopied

分布式锁

如果 key 值变化极为频繁，那么使用普通锁会导致事务一直被终止。我们引入了分布式锁的概念，在加锁期间不允许其他进程对该值修改。

shell 复制代码

setnx lock-num 1               # 对 key(num) 加公共锁，其他线程不能对其进行操作。成功则返回 1，若已有锁导致失败返回 0

# 输入命令或者事务

del lock-num                   # 对 key(num) 解公共锁Copy to clipboardErrorCopied

分布式锁如果长期不被释放，就会出现死锁，导致其他操作无法继续执行。我们可以对分布式锁计时。计时分布式锁常用于多部署平台统一竞争锁。

shell 复制代码

expire lock-num 10                # 对 key(num) 加公共锁，10s 后自动释放
pexpire lock-num 10               # 对 key(num) 加公共锁，10ms 后自动释放Copy to clipboardErrorCopied

删除策略

Redis 中每个存储区域除了存储 key-value 值，还会开辟额外的存储空间 expires 记录每个 key-value 的存储地址以及过期时间。如果 key 过期或被删除指令删除，那么 Redis 要执行删除策略清理内存空间。

Redis 删除策略有以下三种方式，主要使用惰性删除和定期删除两种方式。

定时删除

key 过期后，存储 key-value 的内存地址立即被清空。

节省内存资源，但可能抢占处在繁忙状态的 CPU。

惰性删除

key 过期后不做任何处理。访问 key 时才检查是否过期，如果过期存储该 key-value 的内存地址才被清空。

节省 CPU 资源，但过期键值对可能大量占用内存。

定期删除

对于 16 个存储区域的 expires 进行轮询，对选中的 expires 随机选择 W 个 key 进行检查，如果 key 过期就进行删除。

如果过期 key 超过 25%，那么重复检查该 expires 存储区域。
如果过期 key 少于 25%，那么按顺序检查下一个 expires 存储区域。

逐出策略

如果 Redis 使用内存空间前会检查内存容量。如果已被占满，那么 Redis 要执行逐出策略删除部分数据，以清理内存空间执行指令。

在选取删除数据时 Redis 并不会扫描全库数据，而是随机选取部分数据检测并从中删除：以节省 CPU 性能。

响应配置如下：

shell 复制代码

maxmemory 50                            # Redis 最大占用内存比例，默认为 0（全部可用）
maxmemory-samples                       # Redis 随机选取数据数量
maxmemery-policy volatile-lru           # Redis 逐出策略Copy to clipboardErrorCopied

Redis 逐出策略有以下三种方式，在配置文件中配置即可。

检查会过期数据
- volatile-lru ：（推荐）挑选最久未使用的数据淘汰。
- volatile-lfu ：挑选最近一段时间使用频率最低的数据淘汰。
- volatile-ttl ：挑选将要过期的数据淘汰。
- volatile-random ：随机挑选数据淘汰。
检查全部数据
- allkeys-lru ：挑选最久未使用的数据淘汰。
- allkeys-lfu ：挑选最近一段时间使用频率最低的数据淘汰。
- allkeys-random ：随机挑选数据淘汰。
不逐出数据
- no-enviction ：（默认）抛出错误 Out Of Memery。

Redis 多机

集群

当数据量过大时，单个 Redis 数据库就无法存放。我们需要多个 Redis 数据库组成集群(cluster)，去分别存放不同的数据。

key-value 数据进行存入时，会根据 key 的哈希值对 16384 取模，放入相应的槽(slot)存放。这 16384 个槽会分发给各个存储空间。
各个存储空间之间会相互通信，并记录所有编号的槽都存储在哪个存储空间：保证最多访问 Redis 两次可以命中。

配置文件

shell 复制代码

cluster enabled yes                            # 开启集群
cluster-config-file nodes-6379.conf            # 集群配置文件（默认为 nodes.conf）Copy to clipboardErrorCopied

集群指令

通过 redis-cli 打开 Redis 集群中的数据库，输入指令去插入不属于这个存储空间的键值，会返回错误。
通过 redis-cli -c 打开 Redis 集群中的数据库，会自动将插入数据指令转发到相应的存储空间。

主从复制

如果数据只交给一个 Redis 服务器处理，那么可能面临两大问题：

服务器同时处理过多读写操作，超过服务器负载。
一旦服务器宕机，就会导致服务异常中断。

为了避免这两个问题，我们必须引入多个 Redis 服务器来保存相同数据，并采用主从复制结构：一个主服务器 Master 对应多个从服务器 Slave 。

读写分离：Master 负责写入数据；Slave 则会自动同步数据，并负责读取数据。起到均衡负载的作用。
数据冗余：即使某个 Slave 故障，由于其他 Slave 已保存了这些数据，并不会导致服务中断。

容错机制

主从之间使用心跳建立连接。 Slave 每秒 ping 一次，汇报自己的偏移量、获取最新的指令。Master 默认每 10s ping 一次 Slave，检查 slave 是否在线：如果 Slave 多数掉线或者高延迟，Master 停止写和数据同步功能，保障数据稳定性。
在分布式系统里还会部署多个 Redis 服务器作为哨兵（除端口号外完全相同），不提供数据服务，只负责监控主从机制的运行：如果发现 Master 宕机，哨兵将通知所有机器，使 Master 下线并开启投票机制选用一个 Slave 担任 Master 。

配置连接

Master 和 Slave 通过以下过程建立连接。

相比于输入指令，我们一般直接修改 conf 文件夹内的配置文件，由机器自动建立连接。

shell 复制代码

# Master 
requirepass 123456                # 连接主服务器需要密码（可选）

# Slave
slaveof 127.0.0.1 6379            # 根据套接字自动连接主服务器
masterauth 123456                 # 主服务器密码Copy to clipboardErrorCopied

数据同步

Slave 会定期复制 Master 的持久化文件，以保证数据同步。

复制缓冲区：一个先入先出队列，用来存储 AOF 形式指令。由偏移量记录当前执行到的位置。

如果开启 AOF ，在创建时就会开启复制缓冲区。（偏移量记录自己执行到的位置）
如果使用 RDB ，在成为 Master 时会开启复制缓冲区。（Master 可以含有多个偏移量，记录不同 Slave 读取到的位置。）

如果 Slave 过多，数据同步也会导致 Master 负载过高。因此 Slave 也可以兼职 Master，向下级 Slave 提供服务。但层次太多会导致数据延迟，慎用。

数据同步阶段应避免流量高峰期，防止影响业务正常执行；也不要多个从服务器同时同步数据。
缓冲区应该足够大，否则一旦发生数据溢出会反复进行全量复制。

shell 复制代码

# Master
repl-backlog-size 2mb                 # 修改缓冲区大小（默认 1mb）

# Slave
slave-serve-stale-data no             # 不允许同步数据时读数据Copy to clipboardErrorCopied

命令传播

服务器每次启动都会随机生成一个运行 ID（40 位 16 进制字符），Master 和 Slave 之间正是依靠 Master 的运行 ID 相互识别。

Redis 潜在问题

缓存故障

Redis 缓存技术常用于高并发情况下，有效减轻服务器和数据库负载。如果 Redis 出现问题导致无法均衡负载，就可能导致服务崩溃。

缓存预热

当系统刚启动时，由于 Redis 尚未保存数据导致无法命中，数据库被频繁请求数据，由于过载导致数据库崩溃。

数据库崩溃后， Redis 和应用服务器无法获取数据，请求积压会进一步导致 Redis 和服务器崩溃。

缓存雪崩

当流量激增时，如果 Redis 大量 key 过期导致无法命中，数据库被频繁请求数据，由于过载导致数据库崩溃。

数据库崩溃后， Redis 和应用服务器无法获取数据，请求积压会进一步导致 Redis 和服务器崩溃。

缓存击穿

当流量激增时，如果 Redis 某个极高热度的 key 过期导致无法命中，数据库被频繁请求数据，由于过载导致数据库崩溃。

数据库崩溃后， Redis 和应用服务器无法获取数据，请求积压会进一步导致 Redis 和服务器崩溃。

缓存穿透

当流量激增时，如果 Redis 收到大量非法访问导致无法命中，数据库被频繁请求数据，由于过载导致数据库崩溃。

数据库崩溃后， Redis 和应用服务器无法获取数据，请求积压会进一步导致 Redis 和服务器崩溃。

一致性问题

如果在缓存中存储数据库数据备份，以提高查询效率，就一定会出现一致性问题，导致脏读。比如数据库中数据从 1 更新到 10 ，但缓存还未更新时读取，就会读取到 1。这个问题难以避免。

缓存就是缓存，必须要设过期时间。
实时性要求比较高的（比如充值），直接读数据库。
数据库并发高需要分库分表。

Redis 客户端

我们在实际使用 Redis 时往往要通过 Redis 客户端，以便在程序中直接操作 Redis 。常使用的 Redis 客户端有 Jedis、以及功能更为高级的 Redisson、Lettuce 等。

RedisTemplate 类

Spring Boot 提供了 RedisTemplate 工具类直接对 Redis 进行操作，也提供了 StringRedisTemplate 类继承 RedisTemplate 类，两者方法完全一致。

RedisTemplate 类：存储数据时序列化成字节数组保存，在 Redis 中数据为字节码。读取数据时自动转化为对象。
StringRedisTemplate 类：存储数据直接以字符串形式保存，在 Redis 中数据直接可读。只适用于字符串类型的数据。

由于两种序列化方法不同导致的数据存储形式差异，两个类之间不能对另一方存储的 Redis 数据进行操作。

常用方法

java 复制代码

/* 直接对 key 操作 */
redisTemplate.delete("key");                                             // 删除 key
redisTemplate.delete(collection);                                        // 批量删除 key
redisTemplate.expire("key",10,TimeUnit.MINUTES);                         // 设置 key 失效时间
Long expire = redisTemplate.getExpire("key");                            // 获取 key 失效时间
boolean flag = redisTemplate.hasKey("key");                              // 判断 key 是否存在

/* 操作字符串 */
redisTemplate.opsForValue().set("key", "value");                         // 设置键值对 
String str = (String)redisTemplate.opsForValue().get("key");             // 获取键值

/* 操作 hash */
redisTemplate.opsForHash().put("HashKey", "SmallKey", "HashValue");                  // 设置键值对
redisTemplate.boundHashOps("HashKey").putAll(hashMap);                               // 批量设置键值对
String value = (String) redisTemplate.opsForHash().get("HashKey", "SmallKey");       // 获取键值
Map entries = redisTemplate.opsForHash().entries("HashKey");                         // 获取全部键值对
redisTemplate.boundHashOps("HashKey").delete("SmallKey");                            // 删除键值对
Boolean isEmpty = redisTemplate.boundHashOps("HashKey").hasKey("SmallKey");          // 是否含有键值对


redisTemplate.opsForList();　　 // 操作 list
redisTemplate.opsForSet();　　  // 操作 set
redisTemplate.opsForZSet();　 　// 操作有序 setCopy to clipboardErrorCopied

Jedis 客户端

Jedis 基于 Java 实现，是 shell 程序连接 Redis 数据库最常使用的工具。提供了比较全面的 Redis 命令的支持。

Jedis 使用阻塞 I/O，且其方法调用都是同步的，程序流需要等到 sockets 处理完 I/O 才能执行。
Jedis 采取直连模式，在多个线程间共享一个 Jedis 实例线程不安全，多线程操作 Redis 必须要使用多个 Jedis 实例。

导入依赖

Spring Boot 2.x 版本 Redis 默认导入了 lettuce，需要排除才能使用 Redis .

xml 复制代码

<!-- Redis -->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>io.lettuce</groupId>
            <artifactId>lettuce-core</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<!-- Jedis -->
<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
</dependency>Copy to clipboardErrorCopied

基本使用

使用引入的 Jedis 类即可连接 Redis 数据库并进行操作。操作名取自 Redis 指令，如果出现问题则会抛出 JedisDataException。

java 复制代码

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class JedisTest{
    @Test
    public void jedisTest (){
        // 连接 Redis
        Jedis jedis = new Jedis("127.0.0.1", 6379);    
        // 对 Redis 操作（直接使用 Redis 指令）
        try {
            jedis.set("name", "MrJoker");                  
            System.out.print(jedis.get("name"));  
        } catch(JedisDataException e) {
            System.out.print("error");  
        } finally {
            // 关闭 Redis 连接
            jedis.close();    
        }                                          
    }
}Copy to clipboardErrorCopied

在实际开发中，创建多个 Redis 连接会非常复杂且难以管理，Jedis 提供了 JedisPool 类作为 Redis 连接池来管理 Redis 连接。

java 复制代码

import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

public class JedisTest{
    @Test
    public void jedisTest (){
        // 配置连接池
        JedisPoolConfig poolConfig = new JedisPoolConfig();
        poolConfig.setMaxIdle(50);                 // 最大空闲数
        poolConfig.setMaxTotal(100);               // 最大连接数
        poolConfig.setMaxWaitMillis(20000);        // 最大等待毫秒数   
        // 创建连接池
        JedisPool pool = new JedisPool(poolConfig, "localhost");
        // 从连接池中获取单个连接
        Jedis jedis = pool.getResource();
        // 如果需要密码
        //jedis.auth("password");                                 
    }
}Copy to clipboardErrorCopied

Spring Boot 集成

Spring Boot 中，我们无需自行创建 Redis 连接，只需要在配置文件中配置好参数。

properties 复制代码

# REDIS配置
# Redis数据库索引（默认为0）
spring.redis.database=0
# Redis服务器地址
spring.redis.host=localhost
# Redis服务器连接端口
spring.redis.port=6379
# Redis服务器连接密码（默认为空）
spring.redis.password=
# 连接池最大连接数（使用负值表示没有限制）
spring.redis.pool.max-active=8
# 连接池最大阻塞等待时间（使用负值表示没有限制）
spring.redis.pool.max-wait=-1
# 连接池中的最大空闲连接
spring.redis.pool.max-idle=8
# 连接池中的最小空闲连接
spring.redis.pool.min-idle=0
# 连接超时时间（毫秒）
spring.redis.timeout=0Copy to clipboardErrorCopied

Spring Boot 提供默认的 RedisTemplate 工具类根据配置文件自动连接 Redis，自动加载后可以直接调用其中的方法去操作。

java 复制代码

@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@SpringBootTest()
public class ApplicationTests {

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    @Test
    public void test() throws Exception {
        User user = new User();
        user.setName("我没有三颗心脏");
        user.setAge(21);
        // 调用工具类方法
        redisTemplate.opsForValue().set("user_1", user);
        User user1 = (User) redisTemplate.opsForValue().get("user_1");
        System.out.println(user1.getName());
    }
}Copy to clipboardErrorCopied

RedisTemplate 类常用操作

java 复制代码

redisTemplate.delete(key);                                   // 删除 key
redisTemplate.delete(keys);                                  // 批量删除 key
redisTemplate.expire(key,time,TimeUnit.MINUTES);             // 设置 key 失效时间
Long expire = redisTemplate.getExpire(key);                  // 获取 key 失效时间Copy to clipboardErrorCopied

Lettuce 客户端

更加高级的 Redis 客户端，用于线程安全同步，异步和响应使用，支持集群，Sentinel，管道和编码器。

基于 Netty 框架的事件驱动的通信层，其方法调用是异步的。不用浪费线程等待网络或磁盘 I/O。
Lettuce 的 API 是线程安全的，所以可以操作单个 Lettuce 连接来完成各种操作。

导入依赖

在 spring boot 2.x 版本，为 Redis 默认导入了 Lettuce 。

xml 复制代码

<!-- Redis 默认导入 Lettuce -->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>Copy to clipboardErrorCopied

如果 Spring Boot 版本过低，也可以自行导入 Lettuce. Redis 版本至少需要 2.6 .

xml 复制代码

<!-- 单独导入 Lettuce -->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.lettuce</groupId>
    <artifactId>lettuce-core</artifactId>
    <version>5.1.8.RELEASE</version>
</dependency>Copy to clipboardErrorCopied

基本使用

java 复制代码

public class LettuceTest {
    @Test
    public void testSetGet() throws Exception {
        // 注册连接信息
        RedisURI redisUri = RedisURI.builder()                    
                .withHost("localhost")
                .withPort(6379)
                .withTimeout(Duration.of(10, ChronoUnit.SECONDS))
                .build();
        // 创建 Redis 客户端
        RedisClient redisClient = RedisClient.create(redisUri);   
        // 创建连接
        StatefulRedisConnection<String, String> connection = redisClient.connect();     
        // 创建同步命令
        RedisCommands<String, String> redisCommands = connection.sync();                
        SetArgs setArgs = SetArgs.Builder.nx().ex(5);
        String result = redisCommands.set("name", "throwable", setArgs);
        Assertions.assertThat(result).isEqualToIgnoringCase("OK");
        result = redisCommands.get("name");
        Assertions.assertThat(result).isEqualTo("throwable");
        /******************** 其他操作 **********************/
        connection.close();                     // 关闭连接
        redisClient.shutdown();                 // 关闭客户端
    }
}Copy to clipboardErrorCopied

Lettuce 主要提供三种API：同步（sync）RedisCommands、异步（async）RedisAsyncCommands、反应式（reactive）RedisReactiveCommands。

Spring Boot 集成

同样在配置文件中配置好参数。

properties 复制代码

spring.redis.host=localhost
spring.redis.port=6379
spring.redis.password=root
# 连接池最大连接数(使用负值表示没有限制) 默认为8
spring.redis.lettuce.pool.max-active=8
# 连接池最大阻塞等待时间(使用负值表示没有限制) 默认为-1
spring.redis.lettuce.pool.max-wait=-1ms
# 连接池中的最大空闲连接 默认为8
spring.redis.lettuce.pool.max-idle=8
# 连接池中的最小空闲连接 默认为 0
spring.redis.lettuce.pool.min-idle=0Copy to clipboardErrorCopied

我们同样可以使用 Spring Boot 提供默认的 RedisTemplate 工具类根据配置文件自动连接 Redis。但默认情况下的模板只支持 RedisTemplate<String,String> 存入字符串，因此我们往往需要自定义 RedisTemplate 设置序列化器，以方便操作实例对象。

java 复制代码

@Configuration
public class RedisConfig {
    @Bean
    public RedisTemplate redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {
        RedisTemplate<String, Serializable> redisTemplate = new RedisTemplate<>();
        // key 采用 String 的序列化方式
        redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        // value 采用 jackson 的序列化方式
        redisTemplate.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
        // hash 采用 String/jackson 的序列化方式
        redisTemplate.setHashKeySerializer(stringRedisSerializer);
        redisTemplate.setHashValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
        redisTemplate.setConnectionFactory(connectionFactory);
        return redisTemplate;
    }
}Copy to clipboardErrorCopied

完成后即可用自定义的 RedisTemplate 工具类对 Redis 进行操作。

java 复制代码

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class RedisTest {

    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Serializable> redisTemplate;

    @Test
    public void test() {
        String key = "user:1";
        redisTemplate.opsForValue().set(key, new User(1,"pjmike",20));
        User user = (User) redisTemplate.opsForValue().get(key);
    }
}Copy to clipboardErrorCopied

参考链接

Lettuce

  https://www.cnblogs.com/throwable/p/11601538.html
  https://juejin.im/post/6844903681087930375

hash 采用 String/jackson 的序列化方式

redisTemplate.setHashKeySerializer(stringRedisSerializer);

redisTemplate.setHashValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);

redisTemplate.setConnectionFactory(connectionFactory);

return redisTemplate;

}

}Copy to clipboardErrorCopied

完成后即可用自定义的 RedisTemplate 工具类对 Redis 进行操作。

```java
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class RedisTest {

    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Serializable> redisTemplate;

    @Test
    public void test() {
        String key = "user:1";
        redisTemplate.opsForValue().set(key, new User(1,"pjmike",20));
        User user = (User) redisTemplate.opsForValue().get(key);
    }
}Copy to clipboardErrorCopied

参考链接

Lettuce

  https://www.cnblogs.com/throwable/p/11601538.html
  https://juejin.im/post/6844903681087930375