redis介绍及数据类型

.1 Redis 是什么？

• 定义：Redis（Remote Dictionary Server）是一款开源的 内存数据结构存储系统，支持持久化，常被用作数据库、缓存、消息中间件。

• 核心特点：

  • 高性能：数据存储在内存中，读写速度达微秒级（10万+/秒 QPS）。

  • 数据结构丰富：支持字符串（String）、哈希（Hash）、列表（List）、集合（Set）、有序集合（ZSet）等。

  • 持久化：支持 RDB（快照）和 AOF（日志追加）两种数据持久化方式。

  • 高可用：通过 Redis Sentinel 实现故障转移，Redis Cluster 支持分布式集群。

2. Redis 技术架构

核心组件

1. 单线程模型

   • 基于 Reactor 模式，单线程处理命令（避免锁竞争，但需避免长耗时操作）。

2. 持久化机制

   • RDB：定时生成内存快照（SAVE/BGSAVE），恢复快但可能丢数据。

   • AOF：记录所有写操作命令（可配置同步策略），数据更安全但文件较大。

3. 高可用方案

   • 主从复制：主节点（Master）异步复制数据到从节点（Slave）。

   • Sentinel：监控主节点故障并自动切换从节点为主节点。

   • Cluster：分片存储（16384个槽），支持横向扩展与自动故障转移。

3. 核心数据结构与使用场景

1. 字符串（String）

• 描述：最基本的数据类型，可存储文本、数字或二进制数据（最大 512MB）。

• 常用命令：

  • SET key value：设置键值。

  • GET key：获取值。

  • INCR key：将值自增 1（适用于计数器）。

  • EXPIRE key seconds：设置过期时间。

• 示例：

  SET visits 100     # 存储访问量
  INCR visits        # 访问量+1 → 101
  GET visits         # 返回 "101"

• 应用场景：缓存、计数器、分布式锁。

2. 列表（List）

• 描述：双向链表结构，支持在两端快速插入/删除元素。

• 常用命令：

  • LPUSH key value1 [value2...]：左侧插入元素。

  • RPUSH key value1 [value2...]：右侧插入元素。

  • LPOP key / RPOP key：弹出左/右侧元素。

  • LRANGE key start end：获取范围内的元素。

• 示例：

  LPUSH tasks "task1"    # 左侧插入任务
  RPUSH tasks "task2"    # 右侧插入任务
  LPOP tasks             # 取出最左的 "task1"
  LRANGE tasks 0 -1      # 获取所有元素

• 应用场景：消息队列、最新消息列表、历史记录。

3. 哈希（Hash）

• 描述：键值对的集合，适合存储对象（如用户信息）。

• 常用命令：

  • HSET key field value：设置字段值。

  • HGET key field：获取字段值。

  • HGETALL key：获取所有字段和值。

  • HDEL key field：删除字段。

• 示例：

  HSET user:1 name "Alice" age 30   # 存储用户信息
  HGET user:1 name                  # 返回 "Alice"
  HGETALL user:1                    # 返回所有字段

• 应用场景：存储对象属性（如用户配置、商品详情）。

4. 集合（Set）

• 描述：无序且元素唯一的集合，支持交/并/差集运算。

• 常用命令：

  • SADD key member1 [member2...]：添加元素。

  • SMEMBERS key：获取所有元素。

  • SINTER key1 key2：求交集。

  • SISMEMBER key member：判断元素是否存在。

• 示例：

  SADD tags "redis" "database"   # 添加标签
  SADD tags2 "database"
  SINTER tags tags2             # 返回共同标签 "database"

• 应用场景：标签系统、好友关系、去重。

5. 有序集合（Sorted Set / ZSet）

• 描述：元素按关联的分数（score）排序，成员唯一但分数可重复。

• 常用命令：

  • ZADD key score member：添加元素（带分数）。

  • ZRANGE key start end [WITHSCORES]：按分数升序获取成员。

  • ZREVRANGE key start end：按分数降序获取成员（适用于排行榜）。

  • ZRANK key member：获取成员排名（升序）。

• 示例：

  bash

  复制

  ZADD leaderboard 100 "Alice" 200 "Bob"  # 添加分数
  ZREVRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES   # 返回排名：Bob(200), Alice(100)

• 应用场景：排行榜、优先级队列、带权重的任务调度。

其他高级类型

• 位图（Bitmap）：通过字符串的位操作实现，如统计活跃用户（SETBIT/BITCOUNT）。

• HyperLogLog：基数估算（统计独立访客，PFADD/PFCOUNT）。

• 地理空间（Geospatial）：存储经纬度，支持范围查询（GEOADD/GEORADIUS）。

使用建议

• 字符串：简单键值或需原子操作的场景。

• 列表：需要顺序访问或快速操作头尾元素的场景。

• 哈希：存储多字段对象，减少键的数量。

• 集合：去重或集合运算。

• 有序集合：需按权重排序的场景。

掌握这些类型及适用场景，能高效利用 Redis 解决高并发、实时数据处理等问题。

4. 典型应用场景

✅ 缓存加速

• 场景：缓解数据库压力，缓存热点数据（如商品详情页）。

• 实现：通过 SETEX 设置过期时间，结合缓存击穿/雪崩防护策略。

✅ 会话存储（Session Storage）

• 场景：分布式系统中存储用户登录状态。

• 优势：比数据库存储更快，比Cookie更安全。

✅ 实时排行榜

• 实现：使用 ZSET 按分数排序（如游戏积分排行榜）。

• 命令示例：ZADD rank 100 "user1"，ZREVRANGE rank 0 9（取前10名）。

✅ 消息队列

• 实现：使用 LPUSH/BRPOP 或 Stream 数据结构（支持消费者组）。

• 对比：轻量级但功能弱于 RabbitMQ/Kafka，适合简单场景。

5. Redis 使用注意事项

内存管理

• 监控：定期检查内存使用（INFO memory），避免 OOM（内存溢出）。

• 淘汰策略：配置 maxmemory-policy（如 volatile-lru 删除最近最少使用的带过期键）。

性能优化

• 避免大 Key（如单个 Value 超过 1MB）。

• 使用 Pipeline 或 Lua 脚本减少网络往返。

安全性

• 启用密码认证（requirepass）。

• 限制外网访问（绑定 127.0.0.1 或使用防火墙）。

6. Redis 与同类工具对比

7. 学习资源推荐

• 官方文档：redis.io/documentation

• 书籍：《Redis设计与实现》《Redis实战》

• 工具：

  • RedisInsight：官方可视化监控工具。

  • Redisson：Java 客户端（支持分布式锁、限流）。