Redis基础
Eddie一、Redis 基础核心 🔴
1、Redis 是什么？
Redis 是一款高性能、基于内存、键值对、非关系型数据库。
支持多数据结构、持久化、集群、高可用、分布式锁，互联网行业标准缓存中间件。
2、Redis 为什么速度极快 🟠
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纯内存操作：没有磁盘IO，读写纳秒级。
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单线程模型：避免多线程锁竞争、上下文切换。
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IO多路复用：epoll，少量线程管理大量连接。
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数据结构极致优化：底层编码紧凑、压缩存储。
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简单协议：Redis自定义简单二进制协议，解析快。
注意：Redis6.0以后有多线程，但是主线程依旧单线程处理命令。
3、单线程为什么不会CPU瓶颈？
Redis瓶颈不在CPU，瓶颈在网络IO和内存，单线程足够打满网卡。
二、五大基础数据类型 + 底层编码 🔴
1、String 字符串
底层结构：SDS 简单动态字符串
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不是原生C字符串，自带长度属性
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杜绝缓冲区溢出
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预分配内存、减少扩容次数
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结尾带0，兼容C函数
三种编码
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int：纯数字字符串
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embstr：短字符串（小于44字节），内存连续
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raw：长字符串，内存不连续
使用场景
缓存、计数器、分布式自增、限流、验证码。
2、List 列表
底层：QuickList（快速列表）
ZipList + LinkedList 结合。
低数据量压缩链表，高数据量双向链表，兼顾内存和性能。
场景：消息队列、时间轴、排队列表。
3、Hash 哈希
底层编码
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ZipList：字段少、值小，压缩存储
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Dict（哈希表）：数据量大自动转换
场景：存储对象、用户信息、购物车。
4、Set 集合
底层编码
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IntSet：纯数字、压缩数组
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Dict：乱序、非数字
场景：去重、交集、并集、好友共同关注。
5、ZSet 有序集合
底层编码
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ZipList：少量数据压缩
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SkipList 跳跃表：大数据量有序排序
为什么不用红黑树？
跳跃表结构简单、插入删除快、范围查询极强，更适合Redis。
场景：排行榜、延时队列、权重排序。
三、内存过期 + 淘汰策略 🔴
1、过期删除策略（三种）
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定时删除：主动删除，耗CPU，不用
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惰性删除：访问时判断过期，节省CPU，浪费内存
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定期删除：轮询随机抽样删除，折中方案
Redis默认：惰性删除 + 定期删除结合。
2、八大内存淘汰策略 🔴
2.1 四类规则
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volatile-lru：过期key最少使用优先删（最常用）
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allkeys-lru：全部key最少使用优先删
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volatile-ttl：过期时间最短优先删
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volatile-random：过期key随机删
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allkeys-random：全部随机删
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noeviction：不删除，直接报错（默认）
2.2 生产推荐
线上缓存业务：volatile-lru。
四、持久化机制 🔴
1、RDB 快照持久化
原理
定时把内存数据二进制快照写入磁盘。
触发方式
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手动 save、bgsave
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配置规则：比如 900秒改1次
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停机自动保存
优缺点
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优点：体积小、恢复快、适合备份
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缺点：可能丢失最后一次快照数据、实时性差
2、AOF 日志持久化
原理
记录每一条写命令，重启回放命令恢复数据。
三种刷盘策略
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always：每次写入刷盘，安全最慢
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everysec：每秒刷盘，折中（默认）
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no：交给操作系统，不安全
优缺点
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优点：几乎不丢数据、安全性极高
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缺点：文件大、恢复慢
3、生产组合方案 🔴
RDB + AOF 混合持久化：
先加载RDB快照，再回放AOF增量命令，兼顾速度+安全。
五、缓存三大经典问题 🔴
1、缓存穿透
现象
查询不存在数据，Redis没有，每次直达数据库。
解决方案
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空值缓存（过期时间短）
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布隆过滤器拦截不存在key
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接口参数校验、黑名单拦截
2、缓存击穿
现象
热点key突然过期，大量请求瞬间打入数据库。
解决方案
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热点key永不过期
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互斥锁（Redisson）
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本地缓存+Redis二级缓存
3、缓存雪崩
现象
大量key同时过期 / Redis宕机，数据库压力爆炸。
解决方案
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过期时间加随机值，打散过期
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搭建集群高可用，防止宕机
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限流、熔断、降级
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多级缓存兜底
六、Redis分布式锁 🔴
1、最简锁（有坑）
SET NX EX：加锁；DEL：解锁。
问题：死锁、误删、锁续期、原子性差。
2、Lua脚本（保证原子）
判断+删除写在一个Lua脚本，防止误删别人锁。
3、Redisson（生产主流）
核心功能
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看门狗续命：业务没执行完，自动延长过期时间，防止死锁
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可重入锁
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公平锁、读写锁、联锁
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加锁、解锁全程Lua原子操作
4、Redlock红锁（了解）
多台独立Redis同时加锁，过半成功才算加锁成功，保证极端高可用。
普通业务不用，金融支付才用。
七、高可用架构（主从+哨兵+集群）
1、主从复制
原理
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全量复制：初次同步，RDB传输
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增量复制：偏移量，积压缓冲区同步命令
缺点
主节点宕机无法自动切换，人工运维。
2、哨兵模式 Sentinel
作用
监控、心跳检测、自动故障转移、自动选主。
容错机制
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主观下线：单个哨兵判定宕机
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客观下线：过半哨兵判定宕机，开始选举
缺点
只有一台主节点，无法扩容、海量数据存不下。
3、集群模式 Cluster（生产主流）
3.1 基础规则
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16384 个哈希槽
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公式：hash(key) % 16384
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至少 3主3从
3.2 分片倾斜 🔴
现象：部分节点槽位数据过多，压力不均。
原因：哈希扎堆、热key、槽位分配不均、批量前缀key。
解决方案：
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随机后缀打散key
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HashTag固定哈希槽
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人工迁移槽位
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热key单独部署、本地缓存
3.3 集群优缺点
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优点：横向扩容、海量数据、高可用、自动转移
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缺点：不支持多键批量操作、事务弱、复杂命令受限
八、进阶
1、缓存一致性问题
更新策略对比
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先更数据库，再删缓存（生产推荐）：一致性最好、最简单
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先删缓存再更库：短期脏数据概率高
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双写更新：过期时间不一致，极易错乱
最终一致性方案
延时双删 + 过期时间兜底 + MQ异步补偿。
2、大key问题
危害
网卡打满、阻塞主线程、集群迁移卡顿、内存溢出。
解决
拆分key、压缩存储、禁止存超大字符串、定时扫描清理。
3、热key问题
危害
流量集中单节点，节点被打垮、集群雪崩。
解决
本地缓存、多副本备份、随机后缀打散、网关限流。
九、生产优化总结 🔴
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禁止存大key、禁止存空数据、控制过期时间
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集群部署、主从+哨兵/集群，保证高可用
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分布式锁必须用Redisson，不用手写Lua
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内存淘汰策略使用volatile-lru
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持久化RDB+AOF混合，保证数据安全
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批量操作尽量使用Pipeline减少网络IO
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禁止大量同时过期，时间加随机偏移
十、 总结
Redis是高性能内存数据库，底层单线程+IO多路复用速度极快；
底层包含五大基础数据类型，SDS、QuickList、跳跃表等优化结构；
采用惰性+定期删除清理过期key，线上使用volatile-lru淘汰策略；
持久化采用RDB+AOF混合方式兼顾恢复速度与数据安全；
存在缓存穿透、击穿、雪崩三大问题，分别用布隆过滤器、永不过期、集群限流解决；
分布式锁推荐Redisson，自带看门狗防死锁；
高可用分为主从、哨兵、集群，集群采用16384哈希槽分片，存在分片倾斜问题通过打散key、HashTag解决；
生产采用先改库后删缓存保证一致性，同时规避大key、热key，做好内存和网络优化。