Redis
本文记录 Redis 的学习笔记。
基本概念¶
Redis (Remote Dictionary Server) 是一个开源的、基于内存的键值对存储系统。
核心定义：
- 存储介质：全内存操作，读写性能极高（10W+ TPS）；
- 数据模型：Key 是字符串，Value 支持多种抽象数据结构；
- 执行模型：单线程异步模型。通过 I/O 多路复用技术监听客户端连接，命令执行是原子的，避免了多线程环境下的锁竞争与上下文切换开销；
Tip
Redis 6.0+ 引入了多线程来处理网络 I/O 读写，但核心命令执行依然保持单线程。
核心数据结构与底层实现：
| 数据类型 | 应用场景 | 底层实现 |
|---|---|---|
| String | 缓存、计数器、分布式锁 | SDS（简单动态字符串） |
| Hash | 对象存储、购物车 | ziplist（压缩列表）, hashtable |
| List | 消息队列、最新动态 | quicklist（双向链表 + 压缩列表） |
| Set | 去重、交集/并集 (共同好友) | intset, hashtable |
| ZSet | 排行榜、限流 | SkipList, ziplist |
| Stream | 消息流、持久化队列 | Radix Tree |
高性能¶
Redis 的高性能由存储介质、线程模型和网络模型共同决定的。
- 纯内存操作：规避了磁盘 I/O 的物理限制，寻址速度极快；
- 高效的数据结构：如跳表 \(O(\log N)\) 复杂度、压缩列表（节省空间且缓存友好）；
- I/O 多路复用：使用
epoll非阻塞 I/O，单个线程即可高效处理成千上万个文件描述符。
高并发¶
在高并发场景下，Redis 常作为缓存屏障保护后端数据库，但需解决以下三大经典问题：
- 缓存穿透：查询不存在的数据。方案：布隆过滤器 (Bloom Filter)、缓存空对象；
- 缓存击穿：热点 Key 失效瞬间，大量请求直达 DB。方案：热点数据永不过期、使用分布式锁；
- 缓存雪崩：大量 Key 集中失效或 Redis 宕机。方案：过期时间加随机扰动 (Jitter)、多级缓存、哨兵/集群高可用。
Tip
我们可以利用 SET NX PX 实现分布式锁，确保跨进程的互斥性。但要注意，锁必须设置过期时间防止死锁，且释放锁时需校验身份（防止误删他人的锁）。
高可用¶
为了保证服务不中断、数据不丢失，Redis 提供了完善的持久化与集群方案。
持久化机制。主要有 RDB、AOF 及其混合三种：
- RDB (Snapshotting)：二进制快照。恢复快，适合备份；但间隔期数据易丢失；
- AOF (Append Only File)：命令追加日志。丢数据少；但文件大、恢复慢；
- 混合持久化 (RDB + AOF)：Redis 4.0+ 默认开启。前端 RDB 保证速度，后端 AOF 记录增量。
集群方案。主要有以下三种：
-
主从复制 (Replication)：
-
作用：读写分离（从节点承担读压力），数据冗余；
-
缺点：无法自动故障转移。
-
哨兵模式 (Sentinel)：
-
作用：监控、提醒、自动故障迁移；
-
原理：哨兵集群通过 Quorum 机制投票选举新的 Master，并通知客户端。
-
分片集群 (Redis Cluster)：
-
数据分片：采用虚拟哈希槽 (Hash Slot)，共 16384 个槽；
-
去中心化：节点间通过 Gossip 协议交换状态，支持水平扩容至上千节点；
-
优势：解决单机内存上限及单点写性能瓶颈。