redis学习

xxxmine2026-02-02 19:23

Redis 简介

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的、高性能的键值存储系统（Key-Value Store），它以内存作为主要存储介质，支持持久化到磁盘。Redis 常用于缓存、数据库、消息队列和实时应用场景，因为它读写速度极快（每秒可处理数十万次操作），并支持丰富的数据结构。不同于传统的关系型数据库（如 MySQL），Redis 是 NoSQL 数据库，数据以键值对形式存储，每个键是唯一的字符串，值可以是多种数据类型。Redis 支持主从复制、哨兵模式和高可用集群，适用于分布式系统。它由 C 语言编写，支持多种编程语言客户端（如 Java、Python、Go 等）。

Redis 的核心优势包括：

  • 高性能：内存操作，延迟低。
  • 持久化：支持 RDB（快照）和 AOF（日志）两种方式，避免数据丢失。
  • 多功能：可作为缓存（设置过期时间）、会话存储、排行榜等。
  • 原子性：许多操作是原子性的，支持事务（MULTI/EXEC）和 Lua 脚本。

Redis 的五种基本数据类型

Redis 支持五种核心数据类型，每种类型有独特的特点和操作指令。这些类型允许 Redis 不仅仅是简单的键值存储，还能处理复杂的数据结构。以下用表格形式总结每种数据类型的特点、常见应用场景和典型指令操作。指令通常以大写形式书写，参数用小写表示（如 SET key value）。所有操作的时间复杂度大多为 O(1) 或 O(n)，具体取决于指令。

数据类型 特点 常见应用场景 典型指令操作
String (字符串) 最简单的数据类型，值可以是字符串、整数、浮点数或二进制数据（最大 512MB）。支持增减操作，常用于简单存储。特点：简单、高效，支持位操作和数值运算。 缓存字符串数据、计数器、分布式锁（SETNX）。 - SET key value：设置键的值。 - GET key：获取键的值。 - INCR key：原子递增整数值（+1）。 - DECR key：原子递减整数值（-1）。 - APPEND key value：追加字符串。 - STRLEN key：获取字符串长度。 - SETEX key seconds value：设置值并指定过期时间（秒）。 时间复杂度：大多 O(1)。
List (列表) 双向链表结构，支持从两端插入/弹出元素（最大 2^32-1 个元素）。特点：有序、可重复、支持队列/栈操作，适合顺序访问，但随机访问慢（O(n)）。 消息队列、任务列表、最近访问记录（先进先出或后进先出）。 - LPUSH key value：从左侧插入元素。 - RPUSH key value：从右侧插入元素。 - LPOP key：从左侧弹出元素。 - RPOP key：从右侧弹出元素。 - LRANGE key start stop：获取指定范围元素（start/stop 为索引，0 为第一个）。 - LLEN key：获取列表长度。 - LINDEX key index：获取指定索引元素。 时间复杂度：两端操作 O(1)，中间操作 O(n)。
Set (集合) 无序、不重复的元素集合（最大 2^32-1 个元素）。特点：自动去重，支持集合运算（如交、并、差），适合唯一性检查。 标签系统、好友列表、唯一访客统计。 - SADD key member：添加元素（重复忽略）。 - SREM key member：移除元素。 - SMEMBERS key：获取所有元素（无序）。 - SCARD key：获取元素数量。 - SISMEMBER key member：检查元素是否存在。 - SINTER key1 key2：求交集。 - SUNION key1 key2：求并集。 - SDIFF key1 key2：求差集。 时间复杂度：添加/移除/检查 O(1)，集合运算 O(n)。
Hash (哈希) 键值对的映射表（类似字典或对象），字段（field）唯一，值可为字符串（最大 2^32-1 个字段）。特点：节省内存，适合存储对象属性，不支持嵌套。 存储用户信息（如 id: {name: "Alice", age: 30}）、配置项。 - HSET key field value：设置字段的值。 - HGET key field：获取字段的值。 - HMSET key field1 value1 field2 value2：批量设置。 - HGETALL key：获取所有字段和值。 - HDEL key field：删除字段。 - HLEN key：获取字段数量。 - HINCRBY key field increment：字段值原子递增。 时间复杂度：大多 O(1)。
Sorted Set (有序集合，ZSet) 集合的有序版本，每个元素关联一个分数（score，双精度浮点），按分数排序（最大 2^32-1 个元素）。特点：唯一元素、有序、支持范围查询和排名。 排行榜、优先级队列、时间线排序。 - ZADD key score member：添加元素和分数（重复更新分数）。 - ZREM key member：移除元素。 - ZSCORE key member：获取元素分数。 - ZRANGE key start stop [WITHSCORES]：按分数升序获取范围元素（可带分数）。 - ZREVRANGE key start stop：按分数降序获取。 - ZRANK key member：获取元素排名（从 0 开始）。 - ZINCRBY key increment member：增加分数。 - ZCARD key：获取元素数量。 时间复杂度：添加/移除 O(log n)，范围查询 O(log n + m)（m 为结果数）。

操作这些数据类型的通用注意事项

  • 键管理：所有数据类型都以键（key）作为标识，键是字符串，支持过期（EXPIRE key seconds）和删除（DEL key）。
  • 原子性：Redis 操作大多原子，支持管道（pipeline）和事务（MULTI/EXEC/DISCARD）来批量执行。
  • 持久化与复制：数据在内存中，但可配置持久化。操作时需考虑内存使用，避免大键导致性能问题。
  • 客户端使用：在实际编程中，使用 Redis 客户端库执行这些指令，如 Python 的 redis-py。

redis主从复制

Redis 主从复制 （Master-Replica Replication，也叫主从复制、主备复制）是 Redis 实现读写分离 和高可用最基础、最核心的机制。从 Redis 5.0 开始，官方把"slave"改成了"replica"，命令也从 SLAVEOF 改为 REPLICAOF，但很多老配置和文档仍使用 slave 字样。

主从复制的核心作用

  • 读写分离：主节点（Master/Primary）负责写，从节点（Replica）负责读，大幅提升读吞吐量。
  • 数据冗余：从节点是主节点的近实时副本，防止单点数据丢失。
  • 故障恢复基础：主节点挂掉后，可手动或通过 Sentinel/Cluster 自动把某个从节点提升为主（failover）。
  • 水平扩展读能力：可以挂多个从节点（1主多从，甚至级联复制）。

主从复制的工作原理（简要流程）

  1. 从节点执行 REPLICAOF <master-ip> <master-port>（或配置文件中写 replicaof）。
  2. 从节点与主节点建立 TCP 连接。
  3. 全量同步 （第一次或断开太久重连）：
    • 主节点执行 BGSAVE（后台生成 RDB），同时把新写命令缓存到 replication backlog。
    • RDB 文件通过网络传输给从节点（可选择 diskless 方式）。
    • 从节点清空自己数据，加载 RDB。
  4. 增量同步 （命令传播阶段）：
    • 主节点把所有写命令通过 replication buffer 实时发给所有从节点。
    • 从节点顺序执行这些命令，保持数据一致。
  5. 断线重连 ：
    • 从节点自动重连主节点。
    • 如果 replication backlog 里还有断开期间的命令 → 部分重同步（partial resync）。
    • 否则 → 再次全量同步。

重要概念：

  • replication backlog：主节点内存中的环形缓冲区（默认 1MB，可调大到 10--256MB），保存最近写命令，用于部分重同步。
  • run id：每个 Redis 实例启动都有唯一 run id，用于判断是否是同一主节点。
  • replid + offset：从节点记录当前复制到的位置。

如何配置主从复制

以下以 Redis 7.x / 8.x 版本为例（目前最常见版本）。

方式一：配置文件方式（推荐生产环境）

主节点（master）redis.conf（通常改动较少）

ini 复制代码 
# 监听所有网卡（生产必须改，勿留 127.0.0.1）
bind 0.0.0.0

# 端口（默认即可，也可改）
port 6379

# 开启保护模式（建议开启，除非有密码）
protected-mode yes

# 如果设置密码，从节点必须匹配
requirepass your_strong_password_123

# 建议开启 AOF + 定期 RDB（至少一种持久化）
appendonly yes
appendfsync everysec
save 60 10000   # 根据业务调整

从节点（replica）redis.conf（最关键改动在这里）

ini 复制代码 
# 与主节点相同的基本配置
bind 0.0.0.0
port 6380               # 建议不同端口或不同机器
requirepass your_strong_password_123

# ======== 复制相关核心配置 ========
replicaof 192.168.1.101 6379          # 主节点的 IP:端口（旧版写 slaveof）

# 如果主节点有密码，必须配置（强烈推荐）
masterauth your_strong_password_123    # 旧版写 masterauth
# 或新版写法（Redis 6+ 推荐使用 ACL）
masteruser replication_user
masterauth replication_pass

# 从节点只读（默认 yes，强烈建议保持）
replica-read-only yes

# 是否使用无盘复制（推荐生产开启，尤其是大流量场景）
repl-diskless-sync yes
repl-diskless-sync-delay 5            # 等待几秒让多个从同时同步，减少主压力

# 复制超时（默认 60s，可适当加大）
replica-timeout 120

# 部分重同步 backlog 大小（生产建议 64MB--256MB，根据写压力）
repl-backlog-size 128mb

# 最小可用从节点数 & 最大延迟（写安全保护）
min-replicas-to-write 1
min-replicas-max-lag 10

启动方式：

bash 复制代码 
# 主节点
redis-server /etc/redis/redis-master.conf

# 从节点
redis-server /etc/redis/redis-replica.conf
方式二：命令行动态配置（适合测试、临时挂从）

在从节点 redis-cli 中直接执行：

bash 复制代码 
# Redis 5.0+ 推荐写法
REPLICAOF 192.168.1.101 6379

# 如果主有密码（Redis 6+ ACL 风格）
ACL SETUSER replication_user on >replication_pass +@all
# 然后
REPLICAOF 192.168.1.101 6379

# 旧版写法（Redis < 5.0）
SLAVEOF 192.168.1.101 6379

取消复制（把当前节点变回独立主节点）：

bash 复制代码 
REPLICAOF NO ONE
常用查看命令
bash 复制代码 
# 查看当前节点角色、复制状态
INFO replication

# 示例输出片段
role:master
connected_slaves:2
master_repl_offset:12874921
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:134217728

# 或
role:slave
master_host:192.168.1.101
master_port:6379
master_link_status:up
master_last_io_seconds_ago:0
master_sync_in_progress:0         |

主从复制本身不提供自动故障转移 ，如果需要自动主备切换 ，需要再引入 Redis Sentinel （哨兵）或 Redis Cluster。

Redis 哨兵模式（Sentinel）

Redis 哨兵模式（Sentinel） 是 Redis 官方提供的高可用解决方案，主要用于实现主从架构的自动故障转移（Automatic Failover） 。

它在 Redis 主从复制的基础上，增加了一层"哨兵"进程，用于监控主从节点的健康状态，并在主节点故障时自动完成主从切换。

Sentinel 本身也是 Redis 进程的一种特殊模式（redis-sentinel 或 redis-server --sentinel），多个 Sentinel 组成一个分布式系统，通过 Raft-like 协议（quorum 投票）来达成共识。

Sentinel 的核心功能

  1. 持续监控：监控主节点（master）和从节点（replicas）的运行状态。
  2. 故障检测 ：
    • 主观下线（Subjectively Down, s_down）：单个 Sentinel 认为 master 挂了。
    • 客观下线（Objectively Down, o_down）：多个 Sentinel 达成共识（达到 quorum）。
  3. 自动故障转移：当 master o_down 后，选举一个新 master，并完成切换。
  4. 配置提供者：Sentinel 对外提供当前有效的 master 地址（服务发现）。
  5. 通知：可以通过脚本通知管理员（邮件、短信、企业微信等）。

注意 ：Sentinel 不存储数据，只负责管理和协调。数据仍然在 Redis 主从节点上。

典型架构推荐（至少 3 台 Sentinel）

复制代码 
          +-------------+             +-------------+
          | Sentinel 1  |<----------->| Sentinel 2  |
          +-------------+             +-------------+
                   ^                           ^
                   |                           |
                   +-------------+-------------+
                                 |
                                 v
          +-------------+   +-------------+   +-------------+
          |  Master     |<->|  Replica1   |<->|  Replica2   |
          +-------------+   +-------------+   +-------------+
  • 至少 3 个 Sentinel（奇数，避免脑裂），分布在不同机器/可用区。
  • quorum 通常设为 2（多数派：≥ (n/2)+1）。

如何配置 Redis Sentinel（主流做法，Redis 7.x / 8.x）

步骤 1：准备主从环境

确保已经有一个主节点 + 至少 1--2 个从节点（参考上一次讲解的主从复制配置），并且主从复制正常（INFO replication 看到 role:master + connected_slaves ≥1）。

步骤 2：创建 sentinel.conf（每个 Sentinel 都用类似配置）
ini 复制代码 
# sentinel.conf 示例（生产推荐）

# 端口（不同 Sentinel 建议不同端口，或不同机器）
port 26379

# 绑定地址（生产必须改）
bind 0.0.0.0

# 守护进程模式
daemonize yes

# pid 文件
pidfile /var/run/redis-sentinel.pid

# 日志文件
logfile "/var/log/redis/sentinel.log"

# Sentinel 工作目录（很重要，会在这里写配置文件）
dir /var/lib/redis/sentinel/

# ======== 核心监控配置 ========
# sentinel monitor <master-name> <ip> <port> <quorum>
sentinel monitor mymaster 192.168.1.101 6379 2

# 主观下线判定时间（毫秒）：超过这个时间没响应 PING 就算主观下线
sentinel down-after-milliseconds mymaster 10000   # 10秒，生产建议 5--30秒

# 并行同步从节点数量（故障转移后让多少个从同时去同步新主）
sentinel parallel-syncs mymaster 1               # 通常设 1，避免主压力过大

# 故障转移超时（整个 failover 流程超时时间）
sentinel failover-timeout mymaster 180000        # 180秒

# ======== 安全相关（强烈推荐） ========
# Sentinel 自身密码（Redis 6+ ACL 方式更推荐）
requirepass sentinel_strong_pass_2026

# 如果 Redis 主节点有密码，Sentinel 必须知道
sentinel auth-pass mymaster redis_master_pass_2026

# 或 Redis 6+ ACL 方式
# sentinel auth-user mymaster replication_user
# sentinel auth-pass mymaster replication_pass

# ======== 其他优化 ========
sentinel announce-ip 192.168.1.201          # 如果 Sentinel 在 NAT/容器中，公告自己的外网IP
sentinel announce-port 26379

# 保护模式（建议开启）
protected-mode yes

关键参数解释：

参数 推荐值 说明
sentinel monitor ... quorum 2（3哨兵时） 至少几个哨兵认为 down 才算客观下线，建议 (sentinel数量/2)+1
down-after-milliseconds 5000--30000 ms 太短误判，太多恢复慢
parallel-syncs 1--3 越大切换后数据同步越快，但主压力越大
failover-timeout 180000--600000 包含选举、切换、清理的全流程超时
auth-pass / auth-user 必须配置 主节点有密码时必填，否则 Sentinel 无法连接主从
步骤 3：启动多个 Sentinel
bash 复制代码 
# 在三台机器（或同一台不同端口）分别启动
redis-sentinel /etc/redis/sentinel.conf
# 或
redis-server /etc/redis/sentinel.conf --sentinel

推荐 systemd 服务方式管理。

步骤 4：验证 Sentinel 是否正常工作
bash 复制代码 
redis-cli -p 26379
> SENTINEL masters                  # 查看所有监控的主
> SENTINEL master mymaster          # 查看某个主的详细信息
> SENTINEL replicas mymaster        # 查看从节点
> SENTINEL get-master-addr-by-name mymaster   # 最重要的：当前 master 的地址

正常输出示例：

复制代码 
127.0.0.1:26379> SENTINEL get-master-addr-by-name mymaster
1) "192.168.1.101"
2) "6379"

自动故障转移（Automatic Failover）详细流程

  1. Sentinel 每秒 PING 主从节点。
  2. 如果 master 在 down-after-milliseconds 内无响应 → 该 Sentinel 标记为主观下线（s_down）。
  3. 多个 Sentinel 通过 gossip 协议交换信息，如果达到 quorum 个 Sentinel 都认为 s_down → 升级为客观下线（o_down）。
  4. 触发故障转移的 Sentinel（通常是第一个发现 o_down 的，称为 leader）开始选举：
    • 按照一定优先级（replica-priority 配置，默认为 100，越小优先级越高） + 复制偏移量 + runid 选出一个从节点作为新主。
  5. leader 向选中的从节点发送 SLAVEOF NO ONE → 让它变成主。
  6. 向其他从节点发送 SLAVEOF 新主IP 新主端口 → 让它们跟随新主。
  7. 更新 Sentinel 自己的配置，并通过 pub/sub 通知其他 Sentinel 和客户端。
  8. 整个过程通常在 几秒到几十秒 内完成（取决于 down-after-milliseconds 和网络）。

客户端如何感知新主？（重要！）

  • 推荐方式 ：使用 支持 Sentinel 的智能客户端 （大多数语言都有）
    • Java → JedisSentinelPool / Lettuce
    • Python → redis-py 的 Sentinel 连接池
    • Go → go-redis/redis 的 Sentinel 模式
  • 客户端连接到任意一个 Sentinel，Sentinel 会返回当前 master 地址。
  • 故障转移后，Sentinel 会通过 pub/sub 频道 +switch-master 通知客户端，客户端自动更新连接。

手动触发故障转移测试（生产慎用）：

bash 复制代码 
SENTINEL failover mymaster          # 强制故障转移（即使主没挂）

生产注意事项

  • 至少 3 个 Sentinel，分布不同可用区/机架。
  • quorum = (sentinel 数量 / 2) + 1。
  • 开启主节点的 min-replicas-to-write 和 min-replicas-max-lag，防止写到"孤岛主"。
  • Sentinel 自身也需要高可用（多实例 + 监控）。
  • 记录日志，配置通知脚本（sentinel notification-script）。
  • Redis 6+ 强烈推荐使用 ACL 而非简单 requirepass。
  • 如果需要更高可用和分片 → 考虑 Redis Cluster 而非单纯 Sentinel。
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