详解Redis 核心特性与基础

Redis 核心特性与基础详解（结合实例）

Redis（Re mote Di ctionary S ervice）是一个开源的内存数据库 ，以高性能 和灵活的数据结构著称。它被广泛用于缓存、消息队列、实时排行榜等场景。下面通过实际案例和操作，深入浅出地解析 Redis 的核心特性。

一、核心特性概览

内存存储，超高性能 ：数据存储在内存中，读写速度达10万+/秒。
丰富的数据结构：支持字符串、哈希、列表、集合、有序集合等。
持久化 ：通过 RDB 和 AOF 机制保障数据不丢失（详见之前的持久化详解）。
高可用与扩展：支持主从复制、哨兵（Sentinel）、集群（Cluster）。
原子操作与事务：支持简单事务和 Lua 脚本，保证操作原子性。

二、核心数据结构与使用场景

1. 字符串（String）

本质：最简单的键值对，值可以是文本、数字或二进制数据。

常用命令 ：

bash 复制代码

SET user:1 "Alice"       # 存储用户信息
GET user:1               # 获取用户信息
INCR article:1001:views  # 文章阅读量+1（原子操作）

场景：
- 缓存：存储用户会话、页面缓存。
- 计数器：文章阅读量、商品库存。

示例：记录商品库存

bash 复制代码

> SET product:1001:stock 100  # 初始化库存为100
> DECR product:1001:stock     # 扣减库存，返回99

2. 哈希（Hash）

本质：键值对的集合，适合存储对象。

常用命令 ：

bash 复制代码

HSET user:1001 name "Bob" age 30  # 存储用户字段
HGET user:1001 name               # 获取用户名
HGETALL user:1001                 # 获取所有字段

场景：
- 用户资料：存储多个字段（姓名、年龄、地址）。
- 商品详情：价格、库存、描述等属性。

示例：存储电商商品信息

bash 复制代码

> HSET product:2001 title "iPhone 15" price 6999 stock 50
> HINCRBY product:2001 stock -1  # 扣减库存，返回49

3. 列表（List）

本质：有序元素集合，支持双向插入/删除。

常用命令 ：

bash 复制代码

LPUSH news:latest "Article A"  # 左侧插入文章
RPUSH news:latest "Article B"  # 右侧插入文章
LRANGE news:latest 0 2         # 获取前3篇文章

场景：
- 消息队列：实现生产者-消费者模型。
- 最新动态：展示用户最近浏览记录。

示例：构建简单消息队列

bash 复制代码

# 生产者发送消息
> LPUSH msg:queue "Task: Backup DB"
# 消费者获取消息
> RPOP msg:queue  # 返回"Task: Backup DB"

4. 集合（Set）

本质：无序且元素唯一的集合，支持交并差运算。

常用命令 ：

bash 复制代码

SADD tags:article:1001 "tech" "database"  # 添加标签
SMEMBERS tags:article:1001                # 查看所有标签
SINTER tags:article:1001 tags:user:1      # 求交集（共同标签）

场景：
- 标签系统：文章标签、用户兴趣。
- 抽奖去重：确保用户不重复中奖。

示例：统计共同好友

bash 复制代码

> SADD user:1001:friends "user:2001" "user:2002"
> SADD user:1002:friends "user:2001" "user:2003"
> SINTER user:1001:friends user:1002:friends  # 返回共同好友"user:2001"

5. 有序集合（ZSet）

本质：元素按分数（score）排序的集合，适合排行榜。

常用命令 ：

bash 复制代码

ZADD leaderboard 1000 "PlayerA"  # 添加玩家得分
ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES  # 查看前三名
ZRANK leaderboard "PlayerA"      # 查看玩家排名

场景：
- 实时排行榜：游戏得分、热搜榜单。
- 延迟队列：按执行时间排序的任务队列。

示例：游戏玩家排行榜

bash 复制代码

> ZADD game:rank 1500 "Alice"  # Alice得分1500
> ZADD game:rank 1800 "Bob"    # Bob得分1800
> ZREVRANGE game:rank 0 -1 WITHSCORES  # 返回["Bob", 1800, "Alice", 1500]

三、其他核心功能

1. 过期时间与自动删除

本质：为键设置生存时间（TTL），到期自动删除。

常用命令 ：

bash 复制代码

SET session:1234 "{...}" EX 3600  # 会话1小时后过期
TTL session:1234                 # 查看剩余生存时间（秒）

场景：
- 会话缓存：用户登录态自动失效。
- 限时优惠：促销活动倒计时。

2. 事务（Transactions）

本质：将多个命令打包执行（类似数据库事务），但不支持回滚。

操作步骤 ：

bash 复制代码

MULTI                   # 开启事务
SET balance:Alice 1000
DECRBY balance:Alice 100
EXEC                    # 提交执行（或 DISCARD 取消）

注意：Redis 事务是原子性的，但中间命令出错不会回滚已执行的命令。

3. 发布订阅（Pub/Sub）

本质：消息通信模式，生产者发布消息，消费者订阅频道。

常用命令 ：

bash 复制代码

# 消费者订阅频道
SUBSCRIBE news:tech
# 生产者发布消息
PUBLISH news:tech "Redis 7.0 released!"

场景：
- 实时通知：订单状态更新、系统告警。

四、高可用与扩展

1. 主从复制（Replication）

原理：主节点（Master）异步复制数据到从节点（Slave），实现读写分离。
配置步骤 ：
1. 启动主节点（默认模式）。
2. 在从节点配置文件（redis.conf）中添加：
  bash 复制代码
```
replicaof <master-ip> <master-port>
```
示例：电商系统将读请求分流到从节点，减轻主节点压力。

2. 哨兵（Sentinel）

原理：监控主从节点，自动故障转移（主节点宕机时选举新主）。

配置步骤 ：

创建哨兵配置文件 sentinel.conf：

bash 复制代码

sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2  # 监控主节点
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000  # 5秒无响应判定宕机

启动哨兵：
bash 复制代码
```
redis-sentinel sentinel.conf
```

3. 集群（Cluster）

原理：数据分片存储在多个节点，支持水平扩展。

操作步骤 ：

创建集群（至少3主3从）：

bash 复制代码

redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 ... --cluster-replicas 1

客户端连接集群：

bash 复制代码

redis-cli -c -p 7000  # -c 表示启用集群模式

五、实战：使用 Redis 实现文章投票系统

需求：用户可为文章投票，每篇文章最多投1票，按票数实时排行。

1. 数据结构设计

文章信息：哈希存储（标题、作者、发布时间等）。
文章得分：有序集合（按票数和时间排序）。
用户投票记录：集合（记录已投票的用户）。

2. 关键操作

bash 复制代码

# 发布文章
HMSET article:1001 title "Redis Guide" author "Alice" time 1630000000
# 用户投票（原子操作：检查是否已投票 + 更新得分）
WATCH article:1001:votes  # 开启乐观锁
MULTI
SADD user:2001:votes 1001  # 记录用户投票
ZINCRBY article:scores 432 article:1001  # 432=票数*权重 + 时间衰减
EXEC

六、总结

核心优势 ：
- 数据结构多样性：灵活应对不同场景。
- 内存级速度：适用于高并发读写。
- 高可用架构：主从复制、哨兵、集群保障稳定性。
学习路径 ：
1. 掌握基础数据结构（String/Hash/List/Set/ZSet）。
2. 熟悉事务、过期时间、Pub/Sub 等进阶功能。
3. 部署高可用架构（主从、哨兵、集群）。

行动建议：

本地安装 Redis，通过 redis-cli 练习基础命令。
结合业务场景（如缓存、排行榜）设计数据结构。
生产环境优先使用哨兵或集群保障高可用。

通过理解这些核心特性，你可以充分发挥 Redis 的潜力，构建高性能、可靠的应用系统！