02-Redis 基础与高级

对应原始资料：项目一前置课b/day11-redis基础、高级04-Redis高级

一、Redis 是什么

• 开源的、基于内存的、键值型 NoSQL 数据库。
• 单线程（命令执行）+ IO 多路复用，性能极高（10 万 QPS）。
• 数据类型丰富、支持持久化、可做集群。

二、应用场景

• 缓存（最常见）：减轻数据库压力。
• 分布式锁。
• 计数器、排行榜（有序集合）。
• 消息队列（Stream）。
• 会话存储（Session 共享）。
• 限流（令牌桶）。

三、安装与连接

1. Docker 安装（最快）

docker run -d --name redis -p 6379:6379 redis:7

2. 客户端

redis-cli
> set k v
> get k

图形化：Redis Desktop Manager / Another Redis Desktop Manager / RESP。

四、五大基础数据类型

类型	说明	常用命令
String	字符串/数字	set/get/incr/decr/incrby/mset/mget
Hash	字段-值 map	hset/hget/hgetall/hdel/hincrby
List	有序列表（双向链表）	lpush/rpush/lpop/rpop/lrange/llen/blpop
Set	无序集合	sadd/srem/smembers/sismember/sinter/sunion
ZSet	有序集合（带分值）	zadd/zrange/zrevrange/zscore/zincrby/zrank

特殊类型：BitMap（签到）、HyperLogLog（基数统计）、Geo（地理位置）、Stream（消息流）。

五、Key 设计与通用命令

keys *            # 列出所有 key（生产禁用，阻塞）
exists k
del k1 k2
expire k 60       # 过期时间（秒）
ttl k             # 剩余时间
type k
select 0          # 切换库（0~15）
dbsize
flushdb / flushall

Key 命名规范

业务:对象:属性，如 user:1001:profile、order:2024:count。

六、持久化

1. RDB

• 把内存数据快照到磁盘（dump.rdb）。
• save 900 1：900 秒内 1 个 key 变化触发。
• 恢复快、文件小；可能丢失最后一次快照后的数据。

2. AOF

• 把每条写命令追加到 appendonly.aof。
• appendfsync always/everysec（默认，最多丢 1 秒）/no。
• 数据更安全；文件大、恢复慢。

3. 混合持久化（4.0+）

RDB + AOF 增量，兼顾速度和安全。

七、Redis 与 SpringBoot 整合

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

spring:
  redis:
    host: 127.0.0.1
    port: 6379
    lettuce:
      pool:
        max-active: 8

@Autowired private StringRedisTemplate redis;

redis.opsForValue().set("name", "tom", 60, TimeUnit.SECONDS);
String name = redis.opsForValue().get("name");

八、缓存经典问题（重点）

1. 缓存穿透

查询一个不存在的数据，缓存和 DB 都没有，每次都打到 DB。

• 解决：缓存 null 值（短过期）、布隆过滤器、参数校验。

2. 缓存击穿

某个热点 key 突然过期，瞬间大量请求打到 DB。

• 解决：互斥锁（setnx）重建缓存、热点 key 逻辑过期（不真正过期，后台异步更新）、永不过期。

3. 缓存雪崩

大量 key 同时过期 或 Redis 宕机，请求全打到 DB。

• 解决：过期时间加随机值、Redis 集群高可用、限流降级。

4. 缓存一致性（DB 与 Redis）

• Cache Aside：先更 DB，再删缓存（推荐）。
• 延迟双删：删缓存 → 更 DB → 延迟再删缓存。
• 强一致：用消息队列 / Canal 订阅 binlog 同步。
• 终极方案：分布式锁（写时加锁），但牺牲性能。

九、Redis 高级 —— 分布式锁

1. setnx 简单版

SET lock uuid NX PX 30000    # 不存在才设，过期 30s

释放锁必须用 Lua 脚本保证「判断 + 删除」原子：

if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del", KEYS[1])
else
    return 0
end

2. Redisson（生产推荐）

RLock lock = redisson.getLock("orderLock");
lock.tryLock(10, 30, TimeUnit.SECONDS);   // 等待 10s，持锁 30s 自动释放
try { /* 业务 */ } finally { lock.unlock(); }

• WatchDog：默认 30s 自动续期，避免业务没执行完锁就过期。
• 可重入：基于 Hash 记录重入次数。
• 支持公平锁、读写锁、信号量。

十、Redis 高级 —— 消息队列

1. List（简单）

LPUSH + BRPOP 实现阻塞队列。

2. Stream（5.0+）

支持消费组、ACK，类似 Kafka，可做轻量级 MQ。

十一、集群与高可用

方案	说明
主从复制	读写分离，一主多从
哨兵 Sentinel	监控主节点，自动故障转移
Cluster	数据分片（16384 槽），去中心化集群

十二、性能优化

• 避免大 key（一个 value > 10KB 慢）。
• 避免热 key（可用本地缓存 + 多副本）。
• 禁用 keys *，用 scan。
• pipeline 批量提升吞吐。
• 合理设置过期时间，避免内存膨胀。
• bigkey 扫描：redis-cli --bigkeys。

练习建议

1. 用 String 实现短信验证码（5 分钟过期）。
2. 用 Hash 存储用户信息，ZSet 做排行榜。
3. 实现一个商品秒杀：Redisson 分布式锁 + 库存预扣。
4. 用「先更 DB 再删缓存」解决简单缓存一致性问题。
5. 在 SpringBoot 中缓存用户列表，对比加缓存前后的 QPS。