Redis（一）
Redis 基础核心
（1）定义与核心特性
Redis 是基于 C 语言开发的开源内存 NoSQL 数据库，以 KV 键值对存储数据，支持持久化，读写速度极快。核心特性包括：支持多种数据类型、事务、Lua 脚本、发布订阅、集群方案（Sentinel/Cluster），无外部依赖，推荐 Linux 生产环境部署。
（2）高性能原因
- 纯内存操作：数据读写均在内存中，访问速度为纳秒级，远超磁盘 IO；
- 高效 I/O 模型：单线程事件循环 + I/O 多路复用，避免线程切换和锁竞争；
- 优化的数据结构：内置多种数据类型，底层动态选择最优编码（如 ziplist、skiplist）；
- 简洁通信协议：RESP 协议解析高效，序列化 / 反序列化开销小。
（3）与 Memcached 对比
| 对比维度 | Redis | Memcached |
|---|---|---|
| 数据类型 | 支持 String/List/Hash/Set/Zset 等丰富类型 | 仅支持简单 KV 类型 |
| 持久化 | 支持 RDB/AOF/ 混合持久化 | 不支持，数据仅存内存 |
| 集群支持 | 3.0+ 原生支持集群 | 无原生集群，依赖客户端分片 |
| 线程模型 | 单线程（6.0+ 网络 IO 多线程） | 多线程非阻塞 IO 模型 |
| 特性支持 | 支持事务、Lua 脚本、发布订阅 | 不支持 |
| 过期删除 | 定期删除 + 惰性删除 | 仅惰性删除 |
（4）与本地缓存对比
Redis 优势在于数据一致性强、内存空间更大、支持持久化、集中管理、功能丰富；本地缓存受单服务器内存限制，多服务器部署易数据不一致，仅适用于简单场景。
Redis 核心应用场景
- 分布式缓存：存储高频访问数据（如用户信息、商品详情），减轻数据库压力；
- 分布式锁：基于 Redisson 实现，保障分布式环境下数据一致性；
- 限流：Redis+Lua 脚本或 Redisson 的 RRateLimiter，基于令牌桶算法实现；
- 消息队列：List（简易队列）、Stream（5.0+，支持消费组、ACK、持久化）；
- 延时队列：Redisson 内置延时队列（基于 Sorted Set），避免 Redis 过期事件监听的缺陷；
- 分布式 Session：String/Hash 存储 Session 数据，支持多服务器共享；
- 复杂场景：Bitmap 统计活跃用户、Sorted Set 实现排行榜、HyperLogLog 统计 UV。
Redis 数据类型及应用
（1）基础数据类型
- String：二进制安全，存储字符串、整数、序列化对象，应用于缓存、计数、分布式锁（SETNX）；
- Hash：存储对象字段，适合频繁修改对象部分字段（如购物车），节省网络流量；
- List：有序可重复，支持首尾操作，应用于简易消息队列、最新消息列表；
- Set：无序不可重复，支持交集 / 并集 / 差集，应用于去重、共同好友、抽奖系统；
- Zset（有序集合）：按分数排序，应用于排行榜、带权重的消息队列。
（2）特殊数据类型
- Bitmap：二进制位存储，节省空间，用于活跃用户统计、签到功能；
- HyperLogLog：基数统计，占用空间小，用于 UV 统计（允许少量误差）；
- Geospatial：地理位置存储，支持距离计算、附近的人功能。
（3）关键选型建议
- 对象存储：简单对象用 String，需频繁修改部分字段用 Hash；
- 购物车：用 Hash（用户 ID 为 key，商品 ID 为 field，数量为 value）；
- 排行榜：优先 Zset（支持排序和排名查询）；
- UV 统计：数据量大用 HyperLogLog，精准统计用 Set。
Redis 核心机制
（1）线程模型
- 核心逻辑单线程：Redis 6.0 前所有命令执行单线程；6.0 后网络 IO 引入多线程，命令执行仍单线程，避免线程安全问题；
- 后台线程：处理大键删除、AOF 刷盘、临时文件关闭等耗时操作，不阻塞主线程。
（2）持久化机制
支持 RDB（快照持久化，适合备份）、AOF（日志持久化，数据丢失少）、混合持久化（结合两者优势），核心解决内存数据断电丢失问题。
（3）过期键处理
- 过期存储：通过过期字典记录键的过期时间（UNIX 时间戳）；
- 删除策略：定期删除（随机抽查过期键）+ 惰性删除（查询时检查过期），平衡 CPU 和内存开销；
- 集中过期应对：避免键集中过期，开启 lazy free 机制异步删除，降低主线程阻塞风险。
（4）内存淘汰策略
当内存达到 maxmemory 阈值时触发，核心策略包括：
volatile-lru：淘汰过期键中最近最少使用的；allkeys-lru：淘汰所有键中最近最少使用的（推荐热点数据场景）；volatile-lfu/allkeys-lfu：淘汰最不经常使用的键；noeviction：默认策略，禁止淘汰，新写入报错。
Redis 高级特性
（1）Redis Module
4.0+ 支持动态加载模块扩展功能，官方推荐模块包括：RediSearch（搜索引擎）、RedisJSON（JSON 处理）、RedisBloom（布隆过滤器）、RedisCell（限流）。
（2）消息队列实现
- List：通过 RPUSH/LPOP 或阻塞式 BRPOP 实现简易队列，无广播和 ACK 机制；
- Pub/Sub：支持发布订阅，但无持久化，客户端断开或 Redis 宕机导致消息丢失；
- Stream：5.0+ 新增，支持消费组、ACK、持久化，类似 Kafka，是最优 Redis 消息队列方案。
（3）分布式锁实现
基于 Redisson 实现，底层结合 Lua 脚本保证命令原子性，支持自动续期、超时释放，避免死锁。
（4）延时任务实现
- 不推荐：Redis 过期事件监听（时效性差、易丢消息）；
- 推荐：Redisson 延时队列（基于 Sorted Set 实现，支持持久化，消息不易丢失）。
关键底层原理
（1）String 底层实现
基于 SDS（简单动态字符串），而非 C 语言原生字符串，优势包括：避免缓冲区溢出、O (1) 获取长度、减少内存分配、二进制安全，支持 5 种动态类型（sdshdr8/16/32/64），根据字符串长度动态选择。
（2）Zset 底层为何用跳表
跳表相比平衡树 / 红黑树 / B+ 树，实现更简单，插入删除无需旋转 / 染色，范围查询效率高，适合内存数据库场景，无需复杂 IO 优化。