Java学习第七十三部分——Redis

特性	说明
内存存储	数据主要存储在内存中，提供微秒级读写性能（10万+ QPS）
数据结构丰富	支持字符串、哈希、列表、集合、有序集合、位图等 8 种数据结构
持久化	支持 `RDB`（快照）和 `AOF`（日志追加）两种方式，确保数据安全
高可用	通过 Redis Sentinel 实现故障转移，Redis Cluster 支持分布式集群
多功能	支持事务、发布订阅、Lua 脚本、流处理、地理空间索引等

三、数据结构

类型	存储结构	典型场景
String	文本/二进制数据	缓存、计数器（`INCR`）
Hash	字段-值映射表	存储对象（如用户属性）
List	双向链表	消息队列、最新动态列表
Set	无序唯一集合	标签系统、共同好友
Sorted Set	带分数的有序集合	排行榜、延迟队列
Stream	消息流（类似 Kafka）	实时日志收集
HyperLogLog	概率型数据结构	大规模去重统计（如 UV）
Bitmap	位数组	用户在线状态、行为标记

四、应用场景

1. 缓存

减轻数据库压力，加速热点数据访问（如商品详情页）。
2. 会话存储
分布式系统中的用户 Session 共享（替代 Cookie）。
3. 排行榜/计数器
利用 `ZSET` 实现实时排行榜，`INCR` 实现秒杀计数器。
4. 消息队列
通过 `List`（阻塞操作）或 `Stream` 实现异步任务队列。
5. 实时数据处理
实时分析用户行为（如点击流）、地理位置计算（`GEO` 命令）。

五、架构模式

模式	特点
单机模式	简单部署，适合开发测试，但存在单点故障风险
主从复制	主节点写，从节点读，实现读写分离
Sentinel	监控主节点故障并自动切换从节点为主节点（高可用）
Cluster	数据分片（16384 个槽），支持横向扩展，官方分布式方案

六、性能优势

1. 单线程模型

避免上下文切换和锁竞争（6.0+ 支持 I/O 多线程提升网络性能）。
2. 纯内存操作
数据访问无需磁盘 I/O。
3. 高效数据结构
如跳表（`ZSET`）、压缩列表（小数据优化）等。
4. I/O 多路复用
基于 epoll/kqueue 处理高并发连接。

七、客户端库

库名	特点
Jedis	简单轻量、同步阻塞、适合基础操作
Lettuce	官方推荐（Spring Boot 默认）、支持异步/响应式、线程安全、高性能
Redisson	分布式特性和数据结构（锁、队列等）
Spring Data Redis	基于 Spring 的抽象层，简化操作

八、注意事项

1. 安全： 启用 Redis 密码认证，避免暴露在公网
2. 高可用： 使用 Redis Sentinel 或 Cluster 模式
3. 监控： 通过 `redis-cli monitor` 或 Prometheus + Grafana
**4. 内存管理：**设置 `maxmemory-policy`（如 `allkeys-lru`）

九、选择建议

> - 简单项目 → Jedis
> - Spring Boot / 高性能需求 → Lettuce
> - 分布式系统 → Redisson
> - 快速开发→ Spring Data Redis

十、使用示例------基于Jedis 和 Lettuce

(1) Jedis 基础操作

java 复制代码

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class JedisDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 连接Redis (默认端口6379)
        try (Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379)) {
            // 2. 认证（如果设置了密码）
            // jedis.auth("your-password");
            
            // 3. 写入数据
            jedis.set("app:user:1001", "Alice");
            
            // 4. 读取数据
            String value = jedis.get("app:user:1001");
            System.out.println(value); // 输出: Alice
            
            // 5. 设置过期时间 (10秒)
            jedis.expire("app:user:1001", 10);
        } // try-with-resources 自动关闭连接
    }
}

(2) Lettuce 异步操作

java 复制代码

import io.lettuce.core.RedisClient;
import io.lettuce.core.api.StatefulRedisConnection;
import io.lettuce.core.api.async.RedisAsyncCommands;

public class LettuceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建客户端 (格式: redis://密码@地址:端口)
        RedisClient client = RedisClient.create("redis://localhost:6379");
        
        try (StatefulRedisConnection<String, String> connection = client.connect()) {
            // 2. 获取异步命令接口
            RedisAsyncCommands<String, String> commands = connection.async();
            
            // 3. 异步写入
            commands.set("app:config:timeout", "30s").thenAccept(response -> {
                System.out.println("设置成功: " + response);
            });
            
            // 4. 异步读取
            commands.get("app:config:timeout").thenAccept(value -> {
                System.out.println("获取结果: " + value);
            });
            
            // 防止主线程退出（实际生产用CountDownLatch等）
            Thread.sleep(1000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            client.shutdown(); // 关闭客户端
        }
    }
}

十一、生态集成------基于Spring Boot

(1) 添加依赖 (`pom.xml`)

XML 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId> <!-- 默认使用Lettuce -->
</dependency>

(2) 配置文件 (`application.yml`)

XML 复制代码

spring:
  redis:
    host: localhost
    port: 6379
    password: your-password-if-set
    database: 0 # 默认DB索引

(3) 使用 `RedisTemplate`

java 复制代码

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {
    
    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;
    
    public void saveUserToken(String userId, String token) {
        // 写入Hash结构
        redisTemplate.opsForHash().put("user:tokens", userId, token);
        
        // 设置过期时间
        redisTemplate.expire("user:tokens", Duration.ofHours(1));
    }
    
    public String getToken(String userId) {
        return (String) redisTemplate.opsForHash().get("user:tokens", userId);
    }
}

十二、企业级能力

- 安全控制： 支持密码认证、ACL 权限管理（Redis 6.0+）。
- 扩展模块： 通过 Redis Modules 支持全文搜索（RediSearch）、图计算（RedisGraph）等。
**- 监控工具：**内置 `INFO` 命令，集成 Prometheus/Grafana 可视化监控。

十三、持久化机制

方式	原理	优点	缺点
RDB	定时生成内存快照（二进制文件）	恢复速度快，文件紧凑	可能丢失最后一次快照后的数据
AOF	记录所有写操作命令（追加日志）	数据安全更高（可配置每秒同步）	文件较大，恢复较慢
混合	RDB + AOF（Redis 4.0+）	结合两者优势，推荐生产使用	配置较复杂

十四、高级使用工具

- 分布式锁： 用 `Redisson` 或 `RedisTemplate.execute` + Lua 脚本
- 发布订阅：

java 复制代码

  redisTemplate.convertAndSend("news-channel", "新消息内容");

- 事务：

java 复制代码

redisTemplate.execute(new SessionCallback<>() {
      public Object execute(RedisOperations operations) {
          operations.multi(); // 开启事务
          operations.opsForValue().set("key1", "value1");
          operations.opsForValue().increment("counter");
          return operations.exec(); // 提交事务
      }
  });

十五、性能与连接管理

**- 连接池配置------**Lettuce 默认使用 Netty 非阻塞连接，无需连接池

java 复制代码

spring:
    redis:
      lettuce:
        pool:
          max-active: 20   # 最大连接数
          max-idle: 10    # 最大空闲连接
          min-idle: 3      # 最小空闲连接

- 序列化优化------避免 Java 原生序列化（性能差），推荐 JSON 或 Kryo

java 复制代码

@Bean
  public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {
      RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>();
      template.setConnectionFactory(factory);
      template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
      template.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
      return template;
  }

十六、适用情况 vs 不适用情况

适用场景	不适用场景
高频读写的热点数据	海量冷数据存储
实时计算与分析	复杂关系查询（如 JOIN）
临时数据存储（如会话）	大规模二进制文件
分布式锁/协调	替代关系型数据库

十七、总结归纳概述

Redis 凭借性能极致、数据结构灵活和功能丰富的特点，已成为现代架构的核心组件。从缓存到实时系统，从微服务到 AI 基础设施，Redis 在互联网、金融、游戏等领域广泛应用，是开发者解决高性能存储问题的首选利器。