Redis使用手册：从基础到进阶的完整指南

一、Redis基础概念与核心特性

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的、基于内存的高性能键值对数据库，支持多种数据结构（字符串、哈希、列表、集合、有序集合等）。其核心优势在于超低延迟（微秒级响应）和高吞吐量（每秒数万次操作），适用于缓存、消息队列、会话存储等场景。

1.1 数据类型与适用场景

• 字符串（String）：最基础的数据类型，支持整数和浮点数的自增/自减操作。例如，计数器场景（访问量统计）：

  SET pagehome 1000
  INCR pagehome  # 返回值1001

• 哈希（Hash）：存储对象属性，避免序列化开销。例如，用户信息存储：

  HSET user:1000 name "Alice" age 25 email "alice@example.com"
  HGETALL user:1000

• 列表（List）：实现栈/队列结构，支持左右端插入删除。例如，消息队列：

  LPUSH task:queue "task1" "task2"
  RPOP task:queue  # 返回"task1"

• 集合（Set）：去重、交并差运算。例如，标签系统：

  SADD tags100 "tech" "redis" "database"
  SMEMBERS tags100

• 有序集合（ZSet）：带权重的排序集合，适用于排行榜。例如，游戏得分：

  ZADD leaderboard 1000 "Alice" 2000 "Bob"
  ZRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES

1.2 内存管理机制

Redis通过动态字符串（SDS）、整数集合和压缩列表等优化内存占用。例如，小整数直接存储为64位有符号整数，避免指针开销。可通过INFO memory命令监控内存使用：

INFO memory
# 输出示例：
# used_memory: 853248
# used_memory_rss: 1234560
# maxmemory: 1073741824  # 1GB

二、持久化与数据安全

Redis提供两种持久化方式：RDB快照和AOF日志，需根据业务需求权衡性能与数据安全性。

2.1 RDB（Redis Database）

• 原理：定期生成内存数据的二进制快照（默认保存到dump.rdb）。
• 配置：在redis.conf中设置：

  save 900 1      # 900秒内至少1次修改触发快照
  save 300 10     # 300秒内至少10次修改触发快照
  dbfilename dump.rdb

• 优点：恢复速度快，适合灾难恢复。
• 缺点：可能丢失最后一次快照后的数据。

2.2 AOF（Append-Only File）

• 原理：记录所有写操作命令，支持fsync策略（每秒/每次写入）。
• 配置：

  appendonly yes
  appendfsync everysec  # 平衡性能与安全性
  auto-aof-rewrite-percentage 100  # AOF文件增长100%时触发重写

• 优点：数据完整性高，支持增量恢复。
• 缺点：文件体积大，恢复速度慢。

2.3 混合持久化（Redis 4.0+）

结合RDB和AOF的优势，在AOF文件中包含RDB格式的全量数据，后续追加增量命令。配置：

aof-use-rdb-preamble yes

三、集群部署与高可用

Redis集群通过分片（Sharding）和主从复制实现水平扩展和故障转移。

3.1 主从复制

• 配置：在从节点配置文件中指定主节点IP和端口：

  slaveof 192.168.1.100 6379

• 读写分离：从节点默认只读，可通过SLAVEOF NO ONE提升为主节点。

3.2 哨兵（Sentinel）模式

• 作用：监控主从节点状态，自动故障转移。
• 配置示例（sentinel.conf）：

  sentinel monitor mymaster 192.168.1.100 6379 2  # 2个哨兵同意后触发转移
  sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000   # 5秒无响应视为故障

• 启动：

  redis-sentinel sentinel.conf

3.3 Redis Cluster

• 分片规则：基于CRC16算法将键分配到16384个槽（slot）。
• 命令示例：

  # 添加节点
  redis-cli --cluster add-node 192.168.1.101:6379 192.168.1.100:6379
  # 分配槽
  redis-cli --cluster reshard 192.168.1.100:6379

• 故障转移：当主节点失效时，从节点通过投票选举新主节点。

四、性能优化技巧

4.1 客户端优化

• 连接池：避免频繁创建销毁连接。例如，Python中使用redis-py：

  import redis
  pool = redis.ConnectionPool(host='localhost', port=6379, db=0)
  r = redis.Redis(connection_pool=pool)

• 管道（Pipeline）：批量执行命令，减少网络往返。例如：

  pipe = r.pipeline()
  pipe.set("key1", "value1")
  pipe.set("key2", "value2")
  pipe.execute()

4.2 服务器优化

• 超时设置：在redis.conf中配置：

  timeout 300  # 客户端空闲300秒后断开
  tcp-keepalive 60  # TCP保活间隔

• 内存碎片整理：当mem_fragmentation_ratio（INFO memory输出）超过1.5时，手动触发整理：

  MEMORY PURGE

4.3 慢查询日志

• 配置：

  slowlog-log-slower-than 10000  # 记录执行时间超过10ms的命令
  slowlog-max-len 128  # 保留最近128条慢查询

• 查看慢查询：

  SLOWLOG GET 10  # 获取最近10条慢查询

五、安全与监控

5.1 认证与访问控制

• 设置密码：

  requirepass yourpassword

• ACL规则（Redis 6.0+）：

  ACL SETUSER alice on >yourpassword +@all  # 允许alice执行所有命令

5.2 监控工具

• Redis CLI监控：

  redis-cli monitor  # 实时查看所有命令
  redis-cli --stat  # 每秒输出统计信息

• Prometheus + Grafana：通过redis_exporter导出指标，可视化监控。

六、最佳实践总结

1. 缓存策略：使用EXPIRE设置过期时间，避免内存无限增长。
2. 大键处理：将大哈希/列表拆分为多个小键，或使用HASH-TAG（{user}:1000）确保键落在同一节点。
3. 备份策略：定期备份RDB文件，并测试恢复流程。
4. 版本升级：升级前在测试环境验证兼容性，尤其是涉及集群和ACL的功能。

通过合理配置数据结构、持久化机制和集群架构，Redis能够显著提升应用性能。建议结合业务场景进行压测（如使用memtier_benchmark），持续优化参数。