Redis使用手册：从入门到精通的全方位指南

一、Redis基础与核心特性

Redis（Remote Dictionary Server）是一款开源的、基于内存的高性能键值对数据库，支持多种数据结构（如字符串、哈希、列表、集合、有序集合等）。其核心优势在于高速读写（单线程模型下可达10万+ QPS）、持久化支持（RDB快照与AOF日志）以及丰富的扩展功能（如Lua脚本、发布订阅、事务等）。

1.1 安装与配置

• Linux环境安装：通过源码编译或包管理器（如apt/yum）安装Redis，推荐使用最新稳定版（如7.2+）。
• 配置文件优化：重点调整maxmemory（内存上限）、timeout（连接超时）、requirepass（密码认证）等参数，避免生产环境使用默认配置。
• 安全加固：启用密码认证、绑定特定IP、禁用危险命令（如KEYS *），并通过rename-command重命名敏感命令。

1.2 数据结构选择指南

• 字符串（String）：适用于缓存、计数器（如INCR实现秒杀库存）。
• 哈希（Hash）：存储对象属性（如用户信息），减少内存碎片。
• 有序集合（ZSET）：实现排行榜、延迟队列（通过ZRANGEBYSCORE查询到期任务）。
• 位图（Bitmap）：高效统计用户在线状态（如SETBIT标记用户活跃）。

二、持久化与数据安全

Redis提供两种持久化机制，需根据业务场景权衡选择：

2.1 RDB快照

• 原理：定时将内存数据全量保存到磁盘文件（如dump.rdb）。
• 配置项：

  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

• 适用场景：容忍分钟级数据丢失，追求高性能的场景（如缓存层）。

2.2 AOF日志

• 原理：记录所有写操作命令，支持三种重写策略：
  • no：不重写（占用空间大）。
  • always：每条命令同步到磁盘（性能低但安全）。
  • everysec：每秒同步一次（平衡性能与安全）。
• 配置建议：生产环境推荐everysec + 定期BGREWRITEAOF压缩日志。

2.3 混合持久化（Redis 4.0+）

• 原理：结合RDB全量快照与AOF增量日志，重启时先加载RDB文件，再重放AOF日志。
• 配置：

  aof-use-rdb-preamble yes

三、高可用与集群部署

3.1 主从复制

• 架构：1个主节点（Master） + N个从节点（Slave），从节点可读不可写。
• 配置步骤：
  1. 在从节点配置文件中指定slaveof <master-ip> <master-port>。
  2. 启用replica-read-only yes（默认值）。
• 故障处理：主节点宕机后需手动提升从节点为新主节点（或使用Sentinel自动切换）。

3.2 Sentinel哨兵模式

• 功能：监控主从节点健康状态，自动完成故障转移。
• 配置示例：

  sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2  # 2表示至少2个Sentinel同意才触发切换
  sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000  # 5秒无响应视为故障

• 最佳实践：部署3个以上Sentinel节点，避免脑裂问题。

3.3 Redis Cluster集群

• 分片策略：基于CRC16算法将键分散到16384个槽位（Slot），每个节点负责部分槽位。
• 部署步骤：
  1. 启动多个Redis实例（建议至少6个节点，3主3从）。
  2. 使用redis-cli --cluster create命令初始化集群。
  3. 验证集群状态：

     redis-cli -c cluster nodes

• 扩容缩容：通过CLUSTER MEET添加新节点，使用CLUSTER ADDSLOTS重新分配槽位。

四、性能优化与监控

4.1 内存管理

• 淘汰策略：根据业务选择（如volatile-lru淘汰最近最少使用的过期键，allkeys-random随机淘汰）。
• 内存碎片整理：启用activedefrag yes，设置active-defrag-threshold-lower 10（碎片率超过10%时触发）。

4.2 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            # 最多保存128条慢查询

• 分析工具：使用SLOWLOG GET查看慢查询，优化热点键访问。

4.3 监控方案

• 开源工具：
  • Redis-stat：实时显示QPS、命中率、内存使用等指标。
  • Prometheus + Grafana：通过redis_exporter采集指标，可视化监控。
• 云服务集成：部分云厂商提供Redis专属监控面板（如AWS ElastiCache）。

五、典型应用场景

5.1 分布式锁

• 实现方式：使用SETNX + 过期时间，避免死锁：

  SET lock_key unique_value NX PX 30000  # 30秒后过期

• 注意事项：需确保原子性操作，推荐使用Redlock算法（需部署多个独立Redis节点）。

5.2 消息队列

• 轻量级队列：使用LPUSH/RPOP或BRPOP（阻塞式弹出）：

  LPUSH task_queue "task1"
  BRPOP task_queue 0  # 阻塞等待，0表示无限等待

• Pub/Sub模式：实现实时通知（如聊天室）：

  SUBSCRIBE channel_name
  PUBLISH channel_name "message"

5.3 限流器

• 令牌桶算法：结合INCR与过期时间控制请求速率：

  MULTI
  INCR rate_limit.user123
  EXPIRE rate_limit.user123 1  # 1秒后重置
  EXEC

六、常见问题与解决方案

6.1 大键问题

• 现象：单个键值过大（如百万级元素的列表），导致阻塞。
• 解决方案：
  • 使用HSCAN/SSCAN等命令分批处理。
  • 拆分大键为多个小键（如按日期分片）。

6.2 连接数耗尽

• 原因：未正确关闭连接或并发量过高。
• 优化：
  • 设置maxclients（默认10000，根据服务器配置调整）。
  • 使用连接池（如Jedis/Lettuce的连接池配置）。

6.3 持久化阻塞

• 现象：RDB保存或AOF重写期间Redis响应变慢。
• 解决方案：
  • 在低峰期执行BGSAVE。
  • 启用no-appendfsync-on-rewrite yes（AOF重写时不执行fsync）。

七、总结与进阶建议

Redis的高效使用需结合业务场景选择合适的数据结构、持久化方案和集群架构。建议开发者：

1. 定期监控：通过慢查询日志和内存分析定位性能瓶颈。
2. 模拟故障：测试主从切换、集群扩容等场景的可靠性。
3. 关注社区：跟踪Redis官方更新（如Redis 8.0的新特性）。

通过合理配置与优化，Redis可轻松支撑每秒数十万次的请求，成为分布式系统中的关键组件。