Redis学习教程：从入门到精通的完整指南

一、Redis基础入门

1.1 Redis简介与核心特性

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的、基于内存的高性能键值数据库，支持多种数据结构（如字符串、哈希、列表、集合等）。其核心优势包括：

• 超高速读写：基于内存操作，单线程模型避免锁竞争，QPS可达10万+。
• 持久化支持：通过RDB（快照）和AOF（日志）机制保障数据安全。
• 分布式扩展：支持主从复制、哨兵模式和集群模式，满足高可用需求。
• 丰富的数据类型：超越传统键值存储，支持复杂业务场景。

典型应用场景：缓存、会话存储、实时排行榜、消息队列等。

1.2 安装与配置

• Linux环境安装：

  wget http://download.redis.io/releases/redis-7.0.0.tar.gz
  tar xzf redis-7.0.0.tar.gz
  cd redis-7.0.0
  make && make install

• 配置文件详解：
  • bind 0.0.0.0：允许远程连接。
  • requirepass yourpassword：设置密码。
  • maxmemory 1gb：限制内存使用。
  • appendonly yes：启用AOF持久化。

二、核心数据结构与操作

2.1 字符串（String）

• 基本操作：

  SET key value          # 设置键值
  GET key                # 获取值
  INCR key               # 原子递增
  DECR key               # 原子递减

• 应用场景：计数器、分布式锁（SETNX key value）。

2.2 哈希（Hash）

• 存储对象数据：

  HSET user:1 name "Alice" age 25
  HGETALL user:1         # 获取所有字段
  HINCRBY user:1 age 1   # 字段递增

• 优势：减少内存占用，适合存储结构化数据。

2.3 列表（List）

• 操作示例：

  LPUSH mylist "a" "b"   # 从左侧插入
  RPUSH mylist "c"       # 从右侧插入
  LRANGE mylist 0 -1     # 获取所有元素

• 应用场景：消息队列、最近访问记录。

2.4 集合（Set）与有序集合（Sorted Set）

• 集合操作：

  SADD myset "a" "b"     # 添加元素
  SMEMBERS myset          # 获取所有成员
  SINTER set1 set2       # 交集计算

• 有序集合：

  ZADD rank 100 "Alice" 200 "Bob"
  ZRANGE rank 0 -1 WITHSCORES  # 带分数查询

• 应用场景：标签系统、实时排行榜。

三、持久化与高可用

3.1 RDB与AOF持久化

• RDB：
  • 优点：二进制压缩，恢复速度快。
  • 缺点：可能丢失最后一次快照后的数据。
  • 配置：save 900 1（900秒内1次修改触发快照）。
• AOF：
  • 优点：逐条记录写操作，数据更安全。
  • 缺点：文件体积大，恢复速度慢。
  • 配置：appendfsync everysec（每秒同步一次）。

3.2 复制与集群

• 主从复制：

  SLAVEOF 192.168.1.100 6379  # 配置从节点

• 哨兵模式：
  • 自动监控主节点故障，触发主从切换。
  • 配置文件示例：

    sentinel monitor mymaster 192.168.1.100 6379 2

• Redis集群：
  • 分片存储数据，支持水平扩展。
  • 部署命令：

    redis-cli --cluster create 192.168.1.100:6379 ... --cluster-replicas 1

四、性能优化与实战技巧

4.1 内存管理

• 键名设计规范：
  • 使用冒号分隔命名空间（如userprofile）。
  • 避免过长键名（建议<50字节）。
• 淘汰策略：
  • volatile-lru：淘汰最近最少使用的过期键。
  • allkeys-random：随机淘汰键。

4.2 管道（Pipeline）与事务

• 管道：批量发送命令，减少网络开销。

  import redis
  r = redis.Redis()
  pipe = r.pipeline()
  pipe.set("a", 1).set("b", 2).execute()

• 事务：

  MULTI
  SET key1 "value1"
  SET key2 "value2"
  EXEC

4.3 Lua脚本

• 原子性操作示例：

  -- 库存扣减脚本
  local stock = tonumber(redis.call("GET", KEYS[1]))
  if stock >= tonumber(ARGV[1]) then
    redis.call("DECRBY", KEYS[1], ARGV[1])
    return 1
  else
    return 0
  end

  EVAL "脚本内容" 1 inventory 10  # 对key=inventory执行扣减10

五、常见问题与解决方案

5.1 大键问题

• 现象：单个键值过大（如百万级元素的列表）。
• 解决方案：
  • 分片存储（如将大列表拆分为多个小列表）。
  • 使用Hash替代（如HSET large_key field1 value1）。

5.2 缓存穿透与雪崩

• 缓存穿透：查询不存在的数据导致直接访问数据库。
  • 解决方案：布隆过滤器或缓存空值。
• 缓存雪崩：大量键同时过期导致数据库压力激增。
  • 解决方案：随机过期时间或分级缓存。

六、总结与进阶建议

1. 深入源码：阅读Redis核心代码（如redis.c、t_string.c）。
2. 参与社区：关注Redis官方博客和GitHub仓库。
3. 实战项目：尝试用Redis实现秒杀系统、分布式锁等场景。

通过系统学习与实践，Redis将成为你解决高并发、低延迟问题的利器。