Redis 缓存、队列、排行榜的核心用法

一、Redis 是什么？

Redis 全称 Remote Dictionary Server ，是一个开源的内存数据库。与 MySQL 这类把数据存在磁盘上的数据库不同，Redis 把数据存在内存中，因此读写速度极快，通常可以达到每秒数十万次操作。

它的主要特点：

速度极快：基于内存操作，读写延迟在微秒级
数据结构丰富：不只是简单的 key-value，支持字符串、列表、哈希、集合、有序集合等
支持持久化：可以将内存数据定期保存到磁盘，防止重启后数据丢失
支持过期时间：每个 key 可以设置 TTL，到期自动删除
单线程模型：命令执行是串行的，天然避免并发写入冲突

二、核心数据结构

Redis 不是只会存字符串，它有 5 种基础数据类型，每种都针对特定场景设计。

1. String（字符串）

最基本的类型，可以存文本、数字、甚至序列化后的 JSON。

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SET username "张三"
GET username          # 返回 "张三"
SET counter 0
INCR counter          # 自增，返回 1，常用于计数器
EXPIRE username 3600  # 设置 1 小时后过期

2. Hash（哈希）

类似一个小型 Map，适合存储对象。

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HSET user:1 name "张三" age 28 city "北京"
HGET user:1 name      # 返回 "张三"
HGETALL user:1        # 返回所有字段

3. List（列表）

有序的字符串列表，支持从头部或尾部插入/弹出，天然适合做队列。

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RPUSH task "任务A"    # 从右侧入队
RPUSH task "任务B"
LPOP task             # 从左侧出队，返回 "任务A"

4. Set（集合）

无序、不重复的字符串集合，支持交集、并集、差集操作。

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SADD online_users "user1" "user2" "user3"
SISMEMBER online_users "user1"  # 判断是否在线
SCARD online_users              # 在线人数

5. ZSet（有序集合）

在 Set 基础上，每个元素附带一个分数（score），按分数自动排序。排行榜的核心就靠它。

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ZADD leaderboard 9800 "玩家A"
ZADD leaderboard 12000 "玩家B"
ZREVRANGE leaderboard 0 9 WITHSCORES  # 取前10名，从高到低

三、典型场景一：缓存

这是 Redis 最经典的用途。当用户频繁请求同一份数据（比如商品详情页），每次都去查数据库既慢又浪费资源。解决思路是：第一次查数据库，结果存入 Redis，后续直接从 Redis 读取。

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用户请求 → 查 Redis
              ↓ 命中？
           是 → 直接返回（毫秒级）
           否 → 查 MySQL → 写入 Redis → 返回

伪代码示意（Java/Python 风格）：

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def get_product(product_id):
    cache_key = f"product:{product_id}"
    
    # 先查缓存
    result = redis.get(cache_key)
    if result:
        return json.loads(result)
    
    # 缓存未命中，查数据库
    product = db.query("SELECT * FROM products WHERE id = ?", product_id)
    
    # 写入缓存，设置 10 分钟过期
    redis.setex(cache_key, 600, json.dumps(product))
    
    return product

注意几个常见问题：

缓存穿透：查询一个根本不存在的 key，每次都打到数据库。解决：对空结果也缓存，或使用布隆过滤器。
缓存击穿：某个热点 key 突然过期，大量请求同时打到数据库。解决：设置互斥锁，只让一个请求去查库。
缓存雪崩：大量 key 同时过期。解决：过期时间加随机抖动。

四、典型场景二：消息队列

利用 List 的 LPUSH / RPOP 特性，可以实现一个简单的消息队列，将耗时任务异步处理。

场景举例：用户注册后发送欢迎邮件。发邮件可能需要几秒，不能让用户等着。

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用户注册 → 将"发邮件任务"RPUSH 进 Redis List
                      ↓
后台 Worker 循环 LPOP 取任务 → 发送邮件

# 生产者：注册时将任务入队
def register(user):
    db.save(user)
    redis.rpush("email_queue", json.dumps({"to": user.email, "type": "welcome"}))

# 消费者：后台 Worker 持续处理
while True:
    task = redis.blpop("email_queue", timeout=5)  # 阻塞式取任务
    if task:
        send_email(json.loads(task[1]))

注意：Redis 的 List 队列适合轻量任务。如果业务复杂、需要消息确认、重试机制，建议使用 RabbitMQ 或 Kafka。

五、典型场景三：排行榜

ZSet（有序集合）天生为排行榜而生。score 存分数，member 存用户 ID，Redis 自动维护排序。

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# 更新分数（游戏得分、销售额等）
ZINCRBY leaderboard 500 "user:1001"   # user:1001 加 500 分

# 查询前 10 名
ZREVRANGE leaderboard 0 9 WITHSCORES

# 查询某个用户的排名
ZREVRANK leaderboard "user:1001"      # 返回名次（从0开始）

# 查询某个用户的分数
ZSCORE leaderboard "user:1001"

这套操作的时间复杂度是 O(log N)，即使有百万用户，查询依然飞快。

六、Redis 在项目中的典型架构位置

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客户端
  ↓
后端服务（Spring Boot / Django 等）
  ↓          ↓
Redis      MySQL
（缓存/队列） （持久存储）

Redis 不是用来替代 MySQL 的，而是配合数据库使用，承担高频读写的部分，减轻数据库压力。

总结

场景	用到的数据结构	核心命令
缓存	String	SET / GET / SETEX
消息队列	List	RPUSH / BLPOP
排行榜	ZSet	ZADD / ZREVRANGE / ZREVRANK
在线用户	Set	SADD / SCARD
存储对象	Hash	HSET / HGETALL

Redis 的学习曲线不陡，但要用好它，需要理解每种数据结构背后的设计意图。建议从缓存场景入手，在实际项目中逐步积累经验。