Redis学习全攻略：从基础到进阶的完整教程

一、Redis基础入门

1.1 Redis核心特性解析

Redis作为基于内存的键值对数据库，其核心优势体现在三个方面：首先，支持String、Hash、List、Set、ZSet等5种基础数据结构，满足多样化业务场景需求；其次，通过单线程模型实现原子性操作，避免多线程竞争问题；最后，采用事件驱动的非阻塞I/O模型，配合Linux的epoll机制，使其QPS（每秒查询率）可达10万以上。

以电商场景为例，用户购物车数据可采用Hash结构存储：

# 存储用户购物车
HSET user:1001:cart item:101 2  # 用户1001的购物车中商品101有2件
HGET user:1001:cart item:101    # 获取商品数量

1.2 持久化机制对比

Redis提供两种持久化方案：RDB（快照）和AOF（追加文件）。RDB通过SAVE或BGSAVE命令生成数据快照，适合大规模数据备份，但可能丢失最后一次快照后的数据；AOF则记录所有写操作命令，支持everysec、always、no三种同步策略，其中everysec模式在数据安全性和性能间取得平衡。

配置示例（redis.conf）：

save 900 1      # 900秒内至少1次修改触发RDB
appendonly yes  # 开启AOF
appendfsync everysec

二、核心数据结构实战

2.1 String类型深度应用

String类型支持最大512MB数据存储，除常规字符串外，还可通过INCR/DECR实现计数器功能。在分布式限流场景中，可结合Lua脚本保证原子性：

-- 分布式限流脚本
local key = KEYS[1]
local limit = tonumber(ARGV[1])
local current = tonumber(redis.call("GET", key) or "0")
if current + 1 > limit then
    return 0
else
    redis.call("INCRBY", key, 1)
    redis.call("EXPIRE", key, ARGV[2])
    return 1
end

2.2 ZSet实现排行榜系统

ZSet（有序集合）通过score值排序，适合实现实时排行榜。以下代码演示用户积分排名：

# 添加用户积分
ZADD leaderboard 95 "user1"
ZADD leaderboard 88 "user2"
# 获取前3名
ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES

结合ZINCRBY可实现积分动态更新，ZRANK获取用户排名，构建完整的竞技系统。

三、高可用架构设计

3.1 哨兵模式部署实践

哨兵（Sentinel）通过监控主从节点状态实现自动故障转移。部署步骤如下：

1. 配置sentinel.conf：

   sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2  # 监控主节点，2票通过触发切换
   sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000

2. 启动哨兵进程：

   redis-sentinel sentinel.conf

3. 验证故障转移：模拟主节点宕机，观察哨兵日志完成主从切换。

3.2 集群分片策略

Redis Cluster采用哈希槽（Hash Slot）分配数据，共16384个槽位。数据分布算法为：

slot = CRC16(key) % 16384

部署6节点集群（3主3从）：

# 启动节点
redis-server --cluster-enabled yes --port 7000
# 创建集群
redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 ... 127.0.0.1:7005 --cluster-replicas 1

四、性能优化指南

4.1 内存管理策略

Redis内存优化需关注三个方面：

• 数据结构选择：小数据优先使用String，集合类数据根据操作频率选择List/Set
• 过期策略：配置maxmemory-policy volatile-lru淘汰最近最少使用数据
• 压缩存储：对大键值使用ziplist编码（需配置hash-max-ziplist-entries）

4.2 慢查询日志分析

通过slowlog-log-slower-than设置慢查询阈值（微秒），使用SLOWLOG GET获取日志：

# 配置慢查询阈值（100ms）
CONFIG SET slowlog-log-slower-than 100000
# 查看慢查询
SLOWLOG GET 10

五、典型应用场景

5.1 缓存穿透解决方案

针对恶意请求导致的缓存穿透，可采用以下策略：

1. 空值缓存：查询数据库为空时，将null存入缓存并设置短过期时间
2. 布隆过滤器：预加载所有可能存在的key到布隆过滤器
3. 互斥锁：获取数据时先加锁，避免多个线程同时查询数据库

5.2 分布式锁实现

基于SETNX的分布式锁示例：

-- 获取锁（key为锁名，value为唯一标识）
if redis.call("SETNX", KEYS[1], ARGV[1]) == 1 then
    redis.call("EXPIRE", KEYS[1], ARGV[2])
    return 1
else
    return 0
end

释放锁时需校验value防止误删：

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

六、学习路径建议

1. 基础阶段（1-2周）：掌握5种数据结构操作，完成RDB/AOF配置
2. 进阶阶段（2-3周）：深入集群部署、哨兵机制，实现一个完整缓存系统
3. 实战阶段（持续）：参与开源项目，研究Redis源码（重点看server.c、t_string.c等模块）

推荐学习资源：

• 官方文档：《Redis Documentation》
• 经典书籍：《Redis设计与实现》
• 实践平台：AWS ElastiCache（托管Redis服务）

通过系统学习与实践，开发者可掌握Redis在缓存、消息队列、分布式锁等场景的核心应用，为构建高可用分布式系统奠定坚实基础。