在互联网应用追求高并发和高可用的背景下，缓存对于提升程序性能至关重要。相较于本地缓存 Guava Cache 和 Caffeine，Redis 具有显著优势。Redis 支持集群和分布式部署，能横向扩展缓存容量和负载能力，适应大型分布式系统的缓存需求；支持数据持久化存储，可将缓存数据存于磁盘，保障数据不丢失；支持多种数据结构，如字符串、哈希表、列表、集合和有序集合等，提供更灵活的缓存能力；具备主从同步和哨兵机制，实现高可用性和容错能力；还提供丰富的数据处理命令，如排序、聚合、管道和 Lua 脚本等，便于高效处理缓存数据。
Redis 本质上是一个开源的基于内存的 NoSQL 数据库，更适合作为数据库前的缓存层组件。它支持多种数据结构，如 String、List、Set、Hash、ZSet 等，并且支持数据持久化，通过快照和日志将内存数据保存到硬盘，重启后可再次加载使用，其主从复制、哨兵等特性使其成为广受欢迎的缓存中间件。
在 Java 后端开发中，Redis 是面试常考的技术栈之一，是开发四大件（Java 基础、Spring Boot、MySQL、Redis）之一，因此在开发和学习中应扎实掌握 Redis 相关知识。
1 Redis 与 Spring Boot 的整合
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添加依赖：在 pom.xml 中添加 Redis 依赖，Spring Boot 默认使用 Lettuce 作为 Redis 连接池，可避免频繁创建和销毁连接，提升应用性能和可靠性。
xml<dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId> </dependency> -
配置 Redis：在 application.yml 中进行配置，本地配置指定 host 和 port 即可，生产环境配置可参考相关教程。
yamlredis: host: localhost port: 6379 password: -
启动 Redis 服务 ：以
Window系统为例，使用终端工具启动 Redis 服务，可通过redis-cli ping检查 Redis 服务是否安装和运行正常，使用redis-server启动服务，默认端口为 6379。
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编写测试类 ：编写 Redis 测试类
RedisTemplateDemo，快速验证 Redis 在项目中的可用性。java@SpringBootTest(classes = QuickForumApplication.class) public class RedisTemplateDemo { @Autowired private RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate; @Autowired private StringRedisTemplate stringRedisTemplate; @Test public void testPut() { redisTemplate.opsForValue().set("itwanger", "沉默王二"); stringRedisTemplate.opsForList().rightPush("girl", "陈清扬"); stringRedisTemplate.opsForList().rightPush("girl", "小转玲"); stringRedisTemplate.opsForList().rightPush("girl", "茶花女"); } @Test public void testGet() { Object value = redisTemplate.opsForValue().get("itwanger"); System.out.println(value); List<String> girls = stringRedisTemplate.opsForList().range("girl", 0, -1); System.out.println(girls); } }
@SpringBootTest(classes = QuickForumApplication.class) 注解指定项目启动类，@Autowired 注解注入 RedisTemplate 和 StringRedisTemplate。RedisTemplate 可操作任意类型数据，StringRedisTemplate 仅能操作字符串类型数据。testPut() 方法分别操作 Redis 中的字符串和列表类型数据，testGet() 方法获取相应数据。
2 在 Spring Boot 中使用 Redis 操作不同数据结构
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字符串 ：注入
RedisTemplate，使用opsForValue()方法获取操作对象，通过set()设置键值对，get()获取值。java@Autowired private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate; public void set(String key, Object value) { redisTemplate.opsForValue().set(key, value); } public Object get(String key) { return redisTemplate.opsForValue().get(key); } -
列表 ：注入
StringRedisTemplate，利用opsForList()方法获取操作对象，rightPush()向列表右侧添加元素，range()获取指定下标范围元素。java@Autowired private StringRedisTemplate stringRedisTemplate; public void push(String key, String value) { stringRedisTemplate.opsForList().rightPush(key, value); } public List<String> range(String key, int start, int end) { return stringRedisTemplate.opsForList().range(key, start, end); } -
哈希 ：使用
opsForHash()方法获取操作对象，put()添加字段和值，get()获取指定字段值。java@Autowired private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate; public void hset(String key, String field, Object value) { redisTemplate.opsForHash().put(key, field, value); } public Object hget(String key, String field) { return redisTemplate.opsForHash().get(key, field); } -
集合 ：通过
opsForSet()方法获取操作对象，add()添加元素，members()获取所有元素。java@Autowired private StringRedisTemplate stringRedisTemplate; public void sadd(String key, String value) { stringRedisTemplate.opsForSet().add(key, value); } public Set<String> smembers(String key) { return stringRedisTemplate.opsForSet().members(key); } -
有序集合 ：使用
opsForZSet()方法获取操作对象，add()添加元素和分值，range()获取指定下标范围元素。java@Autowired private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate; public void zadd(String key, String value, double score) { redisTemplate.opsForZSet().add(key, value, score); } public Set<Object> zrange(String key, long start, long end) { return redisTemplate.opsForZSet().range(key, start, end); }
3 技术派中的 Redis 实例应用
技术派使用 Redis 缓存用户 session 信息和 sitemap（用于帮助搜索引擎更好索引网站内容的 XML 文件）。
3.1 RedisClient 类
基于 RedisTemplate 封装，简化使用成本。代码路径：com.github.paicoding.forum.core.cache.RedisClient。
ForumCoreAutoConfig 配置类通过构造方法注入 RedisTemplate，并调用 RedisClient.register(redisTemplate) 注册到 RedisClient 中，RedisTemplate 由 Spring Boot 自动配置机制注入。
java
private static RedisTemplate<String, String> template;
public static void register(RedisTemplate<String, String> template) {
RedisClient.template = template;
}
java
public class ForumCoreAutoConfig {
@Autowired
private ProxyProperties proxyProperties;
public ForumCoreAutoConfig(RedisTemplate<String, String> redisTemplate) {
RedisClient.register(redisTemplate);
}3.2 用户 session 相关操作
- 验证码校验成功后，调用
RedisClient的setStrWithExpire方法存储 session，该方法使用RedisTemplate的execute方法，通过RedisCallback接口的doInRedis方法执行 Redis 命令，调用RedisConnection的setEx方法设置键值对及过期时间。
java
/**
* 带过期时间的缓存写入
*
* @param key
* @param value
* @param expire s为单位
* @return
*/
public static Boolean setStrWithExpire(String key, String value, Long expire) {
return template.execute(new RedisCallback<Boolean>() {
@Override
public Boolean doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {
return redisConnection.setEx(keyBytes(key), expire, valBytes(value));
}
});
}- 用户登出时，调用
del方法删除 session。
java
public static void del(String key) {
template.execute((RedisCallback<Long>) con -> con.del(keyBytes(key)));
}- 用户登录时，调用
getStr方法根据 session 获取用户 ID。
java
public static String getStr(String key) {
return template.execute((RedisCallback<String>) con -> {
byte[] val = con.get(keyBytes(key));
return val == null? null : new String(val);
});
}具体调用代码位于com.github.paicoding.forum.service.user.service.help.UserSessionHelper。
java
/**
* 使用jwt来存储用户token，则不需要后端来存储session了
*/
@Slf4j
@Component
public class UserSessionHelper {
@Component
@Data
@ConfigurationProperties("paicoding.jwt")
public static class JwtProperties {
/**
* 签发人
*/
private String issuer;
/**
* 密钥
*/
private String secret;
/**
* 有效期，毫秒时间戳
*/
private Long expire;
}
private final JwtProperties jwtProperties;
private Algorithm algorithm;
private JWTVerifier verifier;
public UserSessionHelper(JwtProperties jwtProperties) {
this.jwtProperties = jwtProperties;
algorithm = Algorithm.HMAC256(jwtProperties.getSecret());
verifier = JWT.require(algorithm).withIssuer(jwtProperties.getIssuer()).build();
}
public String genSession(Long userId) {
// 1.生成jwt格式的会话，内部持有有效期，用户信息
String session = JsonUtil.toStr(MapUtils.create("s", SelfTraceIdGenerator.generate(), "u", userId));
String token = JWT.create().withIssuer(jwtProperties.getIssuer()).withExpiresAt(new Date(System.currentTimeMillis() + jwtProperties.getExpire()))
.withPayload(session)
.sign(algorithm);
// 2.使用jwt生成的token时，后端可以不存储这个session信息, 完全依赖jwt的信息
// 但是需要考虑到用户登出，需要主动失效这个token，而jwt本身无状态，所以再这里的redis做一个简单的token -> userId的缓存，用于双重判定
RedisClient.setStrWithExpire(token, String.valueOf(userId), jwtProperties.getExpire() / 1000);
return token;
}
public void removeSession(String session) {
RedisClient.del(session);
}
/**
* 根据会话获取用户信息
*
* @param session
* @return
*/
public Long getUserIdBySession(String session) {
// jwt的校验方式，如果token非法或者过期，则直接验签失败
try {
DecodedJWT decodedJWT = verifier.verify(session);
String pay = new String(Base64Utils.decodeFromString(decodedJWT.getPayload()));
// jwt验证通过，获取对应的userId
String userId = String.valueOf(JsonUtil.toObj(pay, HashMap.class).get("u"));
// 从redis中获取userId，解决用户登出，后台失效jwt token的问题
String user = RedisClient.getStr(session);
if (user == null || !Objects.equals(userId, user)) {
return null;
}
return Long.valueOf(user);
} catch (Exception e) {
log.info("jwt token校验失败! token: {}, msg: {}", session, e.getMessage());
return null;
}
}
}3.3 sitemap 相关操作
- 获取 sitemap 时，调用
hGetAll方法，使用RedisTemplate的execute方法执行 Redis 命令，通过RedisCallback接口的doInRedis方法调用RedisConnection的hGetAll方法获取哈希表所有字段和值，并进行类型转换后返回。
java
public static <T> Map<String, T> hGetAll(String key, Class<T> clz) {
Map<byte[], byte[]> records = template.execute((RedisCallback<Map<byte[], byte[]>>) con -> con.hGetAll(keyBytes(key)));
if (records == null) {
return Collections.emptyMap();
}
Map<String, T> result = Maps.newHashMapWithExpectedSize(records.size());
for (Map.Entry<byte[], byte[]> entry : records.entrySet()) {
if (entry.getKey() == null) {
continue;
}
result.put(new String(entry.getKey()), toObj(entry.getValue(), clz));
}
return result;
}- 添加文章时，调用
hSet方法，使用RedisTemplate的execute方法，通过RedisCallback接口的doInRedis方法，根据值的类型转换为字符串后调用RedisConnection的hSet方法设置哈希表字段值，返回设置结果。
java
public static <T> T hGet(String key, String field, Class<T> clz) {
return template.execute((RedisCallback<T>) con -> {
byte[] records = con.hGet(keyBytes(key), valBytes(field));
if (records == null) {
return null;
}
return toObj(records, clz);
});
}- 移除文章时，调用
hDel方法，使用RedisTemplate的execute方法，通过RedisCallback接口的doInRedis方法调用RedisConnection的hDel方法删除字段，返回删除结果。
java
public static <T> Boolean hDel(String key, String field) {
return template.execute(new RedisCallback<Boolean>() {
@Override
public Boolean doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
return connection.hDel(keyBytes(key), valBytes(field)) > 0;
}
});
}- 初始化 sitemap 时，先调用
del方法，再调用hMSet方法，hMSet方法使用RedisTemplate的execute方法，通过RedisCallback接口的doInRedis方法调用RedisConnection的hMSet方法一次性设置多个哈希表字段值。
java
/**
* fixme: 加锁初始化，更推荐的是采用分布式锁
*/
private synchronized void initSiteMap() {
long lastId = 0L;
RedisClient.del(SITE_MAP_CACHE_KEY);
while (true) {
List<SimpleArticleDTO> list = articleDao.getBaseMapper().listArticlesOrderById(lastId, SCAN_SIZE);
// 刷新文章的统计信息
list.forEach(s -> countService.refreshArticleStatisticInfo(s.getId()));
// 刷新站点地图信息
Map<String, Long> map = list.stream().collect(Collectors.toMap(s -> String.valueOf(s.getId()), s -> s.getCreateTime().getTime(), (a, b) -> a));
RedisClient.hMSet(SITE_MAP_CACHE_KEY, map);
if (list.size() < SCAN_SIZE) {
break;
}
lastId = list.get(list.size() - 1).getId();
}
}为提升搜索引擎对技术派的收录，开发了 sitemap 自动生成工具，在 SitemapServiceImpl 中通过定时任务每天 5:15 分刷新站点地图，确保数据一致性。
java
/**
* 采用定时器方案，每天5:15分刷新站点地图，确保数据的一致性
*/
@Scheduled(cron = "0 15 5 * * ?")
public void autoRefreshCache() {
log.info("开始刷新sitemap.xml的url地址，避免出现数据不一致问题!");
refreshSitemap();
log.info("刷新完成！");
}4 关于 RedisTemplate 的 execute 方法
RedisTemplate 的 execute(RedisCallback<T> action) 方法用于执行任意 Redis 命令，接收 RedisCallback 接口作为参数，将 Redis 连接传递给回调接口执行命令。
java
@Nullable
public <T> T execute(RedisCallback<T> action) {
return this.execute(action, this.isExposeConnection());
}以下是测试用例示例：
java
@Test
public void testExecute() {
redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() {
@Override
public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
connection.set("itwanger".getBytes(), "沉默王二".getBytes());
byte[] value = connection.get("itwanger".getBytes());
String strValue = new String(value);
System.out.println(strValue);
return null;
}
});
}5 总结
Redis 是高性能的内存数据存储系统，支持多种数据结构。在 Spring Boot 中使用 Redis 作为缓存可提升应用性能和响应速度，通过 spring-boot-starter-data-redis 整合 Redis 操作简便。可使用 RedisTemplate 执行各种 Redis 命令，技术派使用 Redis 缓存 session 和 sitemap，应用了字符串和哈希表数据结构。未来将进一步介绍 Redis 其他数据结构和高级功能，如发布/订阅、事务、Lua 脚本等。