一、Redis 简介
Redis（Remote Dictionary Server）是一个完全开源、遵守 BSD 协议的高性能 key-value 数据库。
核心特点
- 数据持久化：可将内存数据保存到磁盘，重启时重新加载
- 丰富的数据结构：支持 string、list、set、zset、hash 等
- 数据备份：支持 master-slave 模式的主从复制
性能优势
- 极高性能：10万~100万+ QPS，微秒级响应（MySQL 通常几千~几万 QPS，毫秒级响应）
- 原子性：所有操作都是原子性的，支持 MULTI/EXEC 事务
- 丰富特性：支持 publish/subscribe、通知、key 过期等
二、Redis 数据类型
Redis 支持五种基本数据类型：
| 类型 | 说明 | 特点 |
|---|---|---|
| string | 基本存储单元，可存字符串、整数、浮点数 | 二进制安全，最多 512MB |
| hash | 键值对集合，可存多个字段 | 无序，适合存储对象 |
| list | 字符串列表，按插入顺序排序 | 有序可重复，支持双向操作 |
| set | 无序集合，不重复 | 无序无重复，支持集合运算 |
| zset | 有序集合，每个元素关联分数 | 按 score 排序，适合排行榜 |
常用命令速查
String：
bash
SET key value [EX seconds] [NX|XX] # 设置键值，可选过期时间（秒）和条件（NX不存在才设，XX存在才设）
GET key # 获取key的值
SETNX key value # 仅当key不存在时设置（分布式锁）
INCR key # key中的数字加1
INCRBY key increment # key中的数字增加指定值
DECR key # key中的数字减1
DECRBY key decrement # key中的数字减少指定值
MSET key1 value1 [key2 value2 ...] # 批量设置键值
MGET key1 [key2 ...] # 批量获取键值
APPEND key value # 追加值到key末尾
STRLEN key # 返回key对应值的字节数
TTL key # 查看key剩余生存时间（秒）
EXPIRE key seconds # 设置key过期时间（秒）
PERSIST key # 移除key的过期时间，使其永不过期List：
bash
LPUSH key value [value ...] # 从左边插入元素
RPUSH key value [value ...] # 从右边插入元素
LPOP key # 弹出左边第一个元素
RPOP key # 弹出右边第一个元素
LRANGE key start stop # 获取列表指定范围的元素（支持负数索引）
LLEN key # 获取列表长度
LINDEX key index # 获取指定索引的元素
LSET key index value # 修改指定索引的值
LTRIM key start stop # 修剪列表，只保留指定区间内的元素Set：
bash
SADD key member [member ...] # 添加一个或多个成员
SMEMBERS key # 获取集合所有成员
SISMEMBER key member # 判断成员是否在集合中
SREM key member [member ...] # 删除一个或多个成员
SCARD key # 获取集合成员数量
SINTER key1 [key2 ...] # 求多个集合的交集
SUNION key1 [key2 ...] # 求多个集合的并集
SDIFF key1 [key2 ...] # 求差集（属于key1但不属于key2）ZSet：
bash
ZADD key score member [score member ...] # 添加带分数的成员
ZRANGE key start stop [WITHSCORES] # 按分数升序返回成员（可带分数）
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES] # 按分数降序返回成员（可带分数）
ZRANK key member # 获取成员的排名（升序）
ZSCORE key member # 获取成员的分数
ZREM key member [member ...] # 删除成员
ZCARD key # 获取成员数量Hash：
bash
HSET key field value # 设置hash字段的值
HGET key field # 获取hash字段的值
HMSET key field1 value1 [field2 value2 ...] # 批量设置字段（Redis 4.0+推荐用HSET）
HMGET key field1 [field2 ...] # 批量获取字段
HGETALL key # 获取hash中所有字段和值
HDEL key field [field ...] # 删除一个或多个字段
HEXISTS key field # 判断字段是否存在
HKEYS key # 获取所有字段名
HVALS key # 获取所有字段值常见占位符含义：
key：键名，自己取，如name、user:1value：值，如"张三"、100member：集合/有序集合成员，如"apple"field：哈希字段名，如"age"score：分数，如100index：索引，如0、-1start stop：范围，如0 -1seconds：秒数，如60pattern：匹配模式，如user:*increment/decrement：增减量，如5
实际例子：
bash
SET key value → SET username "张三"
GET key → GET username
SADD key member → SADD fruits "apple"
HSET key field value → HSET user name "张三"
ZADD key score member → ZADD rank 100 "张三"
LPUSH key value → LPUSH list1 "hello"三、Redis 核心特性
1. 单线程模型
- Redis 6.0 之前一直是单线程处理用户请求
- 原因 ：
- 操作访问内存，速度极快
- 核心功能比数据库简单
- 避免线程竞争开销
- 网络 IO 使用 epoll 多路复用
- 注意事项 ：
- 一次只运行一条命令
- 避免执行慢命令：
keys *（查看所有key，慎用）、flushall（清空所有数据库）、flushdb（清空当前库）、慢 Lua 脚本等 - 3.0 版本后实际还有其他线程处理特定功能（如 fsync、close fd）
2. IO 多路复用（epoll）
- 一个线程处理多个 socket
- 只有少数 socket 活跃时效率极高
- Linux 提供三套 API：select、poll、epoll
- C++ 可直接使用 epoll API，Java 可使用 NIO
3. 缓存实现
- 计算机三层存储：CPU（20~40ns）→ 内存（100ns）→ 磁盘（3~5ms）
- Redis 作为旁路缓存，需在应用程序中显式调用 GET/SET
- 缓存命中：直接读 Redis
- 缓存缺失：从数据库读取并写入 Redis
4. 缓存类型
- 只读缓存：所有写请求直接发往后端数据库，删改时删除缓存
- 读写缓存 ：
- 同步直写：同时写缓存和数据库，优先保证数据可靠性
- 异步写回：先写缓存，淘汰时再写回数据库，优先响应速度
四、缓存三大问题
| 问题 | 定义 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 缓存雪崩 | 大面积 key 同时失效或 Redis 宕机，请求全部涌入数据库 | 1. 过期时间加随机值 2. 搭建高可用集群 3. 服务限流熔断 4. 多级缓存 |
| 缓存穿透 | 查询不存在的数据，每次请求都绕过缓存查数据库 | 1. 接口层校验（id<=0 拦截） 2. 缓存空结果（短 TTL） 3. 布隆过滤器 |
| 缓存击穿 | 热点 key 过期，大量并发请求同时打数据库 | 1. 加锁排队 2. 设置永不过期（及时更新） |
区别：雪崩是大面积 key 挂掉；击穿是单个热点 key 挂掉。
五、Pipeline 流水线
- 将一组 Redis 命令组装，通过一次 RTT 传输给 Redis
- 未使用 Pipeline：n 条命令需要 n 次 RTT
- 使用 Pipeline：n 条命令只需 1 次 RTT
- 性能对比：网络延迟越大，性能提升越明显
| 网络延迟 | 非 Pipeline | Pipeline |
|---|---|---|
| 本机 0.17ms | 573ms | 134ms |
| 内网 0.41ms | 1610ms | 240ms |
| 异地 7ms | 80000ms | 1104ms |
六、Redis 安装与配置
CentOS 7 源码安装
bash
yum install tcl gcc gcc-c++ -y # 安装依赖包
tar zxvf redis-6.2.14.tar.gz -C /usr/local/ # 解压Redis安装包到/usr/local/
cd /usr/local/redis-6.2.14/ # 进入解压目录
make && make install # 编译并安装
redis-server redis.conf & # 启动Redis服务并放入后台CentOS 8 yum 安装
bash
dnf install -y redis # 安装Redis
systemctl enable redis --now # 设置开机自启并立即启动重要配置项
bash
bind 127.0.0.1 # 监听地址（改为0.0.0.0支持远程）
protected-mode yes # 保护模式
port 6379 # 默认端口（来源：作者用MERZ在手机键盘对应数字）
daemonize no # 是否守护进程
databases 16 # 数据库数量
save 900 1 # 900秒内至少1个key变更则触发RDB
save 300 10 # 300秒内至少10个key变更则触发RDB
save 60 10000 # 60秒内至少10000个key变更则触发RDB
requirepass foobared # 访问密码
maxclients 10000 # 最大连接数动态修改配置
bash
CONFIG SET requirepass 123456 # 动态设置密码
CONFIG GET requirepass # 查看密码配置
CONFIG GET bind # 查看bind配置
CONFIG SET maxmemory 1G # 设置最大内存为1GB
CONFIG GET maxmemory # 查看最大内存配置注意：不是所有配置都可以动态修改，且无法持久化保存。
慢查询
bash
slowlog-log-slower-than 10000 # 慢查询阈值，单位微秒（默认10000）
slowlog-max-len 128 # 慢查询日志最多保留条数
SLOWLOG LEN # 查看慢日志的记录条数
SLOWLOG GET # 获取慢日志详情
SLOWLOG RESET # 清空慢日志七、持久化机制
RDB（Redis DataBase）
- 原理：将某一时刻的内存数据快照保存到磁盘（默认 dump.rdb）
- 触发方式：
bash
SAVE # 同步保存RDB快照（阻塞其他请求）
BGSAVE # 异步保存RDB快照（fork子进程处理）
# 配置文件自动触发：
save 900 1 # 900秒内至少1个key变更则触发
save 300 10 # 300秒内至少10个key变更则触发
save 60 10000 # 60秒内至少10000个key变更则触发- 优点：恢复快、文件紧凑、对性能影响小
- 缺点：可能丢失数据、SAVE 阻塞、BGSAVE fork 耗时
AOF（Append-only File）
- 原理：记录每次写操作命令，追加到 AOF 文件末尾
- 开启方式：
bash
appendonly yes # 开启AOF持久化
appendfilename "appendonly.aof" # AOF文件名
appendfsync everysec # 写入策略：每秒同步一次- 写入策略 ：
always：每个写操作都保存，最安全但最慢everysec：每秒保存，最多丢失 1s 数据（默认）no：由操作系统决定，最快但不安全
- AOF 重写：
bash
BGREWRITEAOF # 异步重写AOF文件，压缩命令集- 文件损坏修复：
bash
redis-check-aof --fix appendonly.aof # 修复损坏的AOF文件- 优点：性能影响小、速度快、内存消耗少
- 缺点：文件大、恢复慢
选择建议
- 两种方式都开启时，Redis 优先使用 AOF 恢复数据（更完整）
- 仅作缓存可不用持久化；作为数据库需认真选择
八、主从复制
特点
- 一个 master 可有多个 slave
- 一个 slave 只能有一个 master
- 数据流向：master → slave（单向）
- master 可读写，slave 只读
实现
bash
# 从节点配置
replicaof 192.168.108.10 6379 # 新版：设置主节点IP和端口
slaveof 192.168.108.10 6379 # 旧版：设置主节点IP和端口
# 取消主从
REPLICAOF NO ONE # 新版：取消主从复制
SLAVEOF NO ONE # 旧版：取消主从复制验证
bash
info replication # 查看主从复制信息
# master: role:master, connected_slaves:2
# slave: role:slave, master_link_status:up九、哨兵模式（Sentinel）
核心功能
- 监控：持续检查主从节点健康状态
- 通知：异常时通知管理员
- 自动故障转移：主节点宕机时自动提升从节点
- 配置提供者：客户端通过 Sentinel 获取当前主节点地址
故障转移流程
- 主观下线（Sdown）：某 Sentinel 发现主节点无响应
- 客观下线（ODown）：多个 Sentinel（≥quorum）达成共识
- 选举 Leader：Raft 算法选举
- 提升新主 ：选择最优从节点执行
REPLICAOF NO ONE - 重配从节点：其他从节点指向新主
- 通知客户端：发布/订阅机制
配置
bash
sentinel monitor mymaster 192.168.108.10 6379 2 # 监控主节点，quorum为2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000 # 超过30秒无响应则主观下线启动
bash
redis-sentinel sentinel.conf & # 启动哨兵服务并放入后台注意
- Sentinel 不解决数据分片问题，仅解决单主节点高可用
- 适用于中小规模集群，大规模用 Redis Cluster
十、Redis Cluster（集群）
核心概念
- 哈希槽：16384 个槽（0~16383）
- 映射规则 ：
HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384 - 去中心化：节点间通过 Gossip 协议通信
- Gossip 端口：默认 +10000（如 6379 对应 16379）
关键角色
- 主节点（Master）：处理读写、管理哈希槽、参与故障投票
- 从节点（Replica）：异步复制主节点数据，默认只读
- 节点 ID：每个节点唯一标识
核心特性
- 数据分片：突破单机内存限制
- 高可用：部分节点故障不影响整体
- 线性扩展：加节点即可提升容量与并发
- 自动路由：客户端连接任意节点，自动重定向（MOVED）
故障转移
- 故障检测：多数主节点标记 FAIL
- 从节点选举：发起 FAILOVER 请求
- 投票晋升：主节点投票通过
- 拓扑更新：Gossip 同步新状态
部署（3主3从）
bash
# 所有节点配置
bind 0.0.0.0 # 监听所有地址
cluster-enabled yes # 开启集群模式
# 任意一台创建集群
redis-cli --cluster create 192.168.108.21:6379 192.168.108.22:6379 192.168.108.23:6379 192.168.108.24:6379 192.168.108.25:6379 192.168.108.26:6379 --cluster-replicas 1 # 创建3主3从集群数据操作
bash
redis-cli -c # 连接集群，支持自动重定向
set name qgd # 若槽不在当前节点，自动重定向到目标节点
get name # 获取key，若槽不在当前节点，自动重定向集群查看
bash
cluster nodes # 查看集群节点信息
cluster info # 查看集群状态注意事项
- 至少 6 台（3主3从）
- 主从节点必须部署在不同物理机/可用区
- 不支持多键跨槽操作（如 MSET 不同槽）
- 集群状态为 fail 时，相关槽读写失败
十一、消息队列
两种模式
1. 生产者/消费者模式（List 实现）
- 多个消费者监听同一队列，一条消息只能被一个消费者消费
bash
LPUSH haizeiwang jishu1 # 生产者：从左边插入消息
BRPOP haizeiwang 10 # 消费者：阻塞式从右边弹出消息，超时10秒LPUSH + BRPOP（左进右阻塞出）RPUSH + BLPOP（右进左阻塞出）- 阻塞式读取节省 CPU 开销
2. 发布者/订阅者模式（Pub/Sub）
- 发布者将消息发布到频道，所有订阅者都能收到
bash
SUBSCRIBE douluodalu # 订阅者：订阅频道douluodalu
PUBLISH douluodalu fuhuoba,wodeairen # 发布者：向频道发布消息
PSUBSCRIBE douluo* # 模式订阅：订阅匹配douluo*的频道- 适用于群聊、群发、群公告
十二、客户端连接
redis-cli
bash
redis-cli # 默认本机无密码连接
redis-cli -h IP -p PORT -a PASSWORD # 远程连接，指定IP、端口、密码
redis-cli --no-auth-warning # 连接时不显示密码警告常用命令
bash
INFO [section] # 查看运行状态（可指定section，如Server、Memory）
SELECT dbid # 切换数据库（0~15）
KEYS pattern # 查看所有匹配的key（慎用！）
DBSIZE # 当前库key数量
FLUSHDB # 清空当前库（慎用！）
FLUSHALL # 清空所有数据库（慎用！）
SHUTDOWN # 关闭服务（建议禁用）Python 连接（redis-py）
python
import redis # 导入redis模块
r = redis.Redis(host='192.168.108.172', port=6379, password='123456', db=0) # 创建连接对象
r.set('color1', 'red') # 设置字符串键值
value = r.get('color1') # 获取字符串值
r.incr('int1') # 自增
r.decr('int1') # 自减
r.lpush('mylist', 'nihao') # 列表左插入
r.hset('student', 'name', 'lisi') # 哈希设置字段图形工具
- Another Redis Desktop Manager（RDM）
- GitHub: https://github.com/qishibo/AnotherRedisDesktopManager
- 需提前配置 Redis 密码、关闭防火墙、更改 bind 地址
十三、应用场景
| 场景 | 实现方式 |
|---|---|
| 热点数据缓存 | Cache-Aside 模式，设置 TTL，空值缓存防穿透 |
| 分布式锁 | SET key value NX PX 30000（不存在则设置，过期30秒），Lua 脚本解锁 |
| 计数器与限流 | INCR + 过期时间 |
| 排行榜 | ZSet 按 score 实时排序 |
| 分布式会话 | 集中存储 session，设置过期时间 |
| 消息队列 | List 实现简单队列，Pub/Sub 实现发布订阅 |
| 位图应用 | Bitmap 存储签到、活跃用户、权限标记 |
| 地理信息 | GEO 数据结构，附近的人/店铺查询 |
十四、安装程序介绍
| 程序 | 说明 |
|---|---|
redis-server |
服务端主程序 |
redis-cli |
客户端程序 |
redis-benchmark |
性能测试程序 |
redis-check-aof |
AOF 文件检查程序 |
redis-check-rdb |
RDB 文件检查程序 |
redis-sentinel |
哨兵程序（软连接到 redis-server） |
十五、Docker 部署
bash
docker run --name redis -p 6379:6379 -d -v /data/redis:/data redis # 启动Redis容器，映射端口，挂载数据卷
docker exec redis redis-cli info server # 查看Redis服务端信息
docker exec redis redis-cli set name ma # 设置键值
docker exec redis redis-cli save # 保存RDB快照默认 Redis 容器支持远程连接。
总结
Redis 是一个高性能、多功能的 NoSQL 数据库，核心价值在于：
- 高性能：内存操作，10万+ QPS
- 丰富数据结构：5 种基本类型满足多种场景
- 持久化：RDB + AOF 双机制保障数据安全
- 高可用：主从复制 → 哨兵模式 → Cluster 集群
- 广泛应用：缓存、分布式锁、排行榜、消息队列等
架构演进路径 ：
主从复制 → 哨兵模式（自动故障转移）→ Redis Cluster（数据分片 + 高可用）