参考：

• 菜鸟教程
• Bilibili
• Golang Redis client

Redis基础

Redis诞生于2009年，全称是Remote Dictionary Server，远程词典服务器。是一个基于内存的键值型NoSQL数据库

Redis 是一个开源的使用 ANSI C 语言编写、遵守 BSD 协议、支持网络、可基于内存、分布式、可选持久性的键值对(Key-Value)存储数据库，并提供多种语言的 API。

Redis 通常被称为数据结构服务器，因为值（value）可以是字符串(String)、哈希(Hash)、列表(list)、集合(sets)和有序集合(sorted sets)等类型。

• Redis 官网：https://redis.io/
• 源码地址：https://github.com/redis/redis

Redis简介

• Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的内存数据库，遵守 BSD 协议，它提供了一个高性能的键值（key-value）存储系统，常用于缓存、消息队列、会话存储等应用场景。
  • **性能极高：**Redis 以其极高的性能而著称，能够支持每秒数十万次的读写操作。这使得Redis成为处理高并发请求的理想选择，尤其是在需要快速响应的场景中，如缓存、会话管理、排行榜等。
  • **丰富的数据类型：**Redis 不仅支持基本的键值存储，还提供了丰富的数据类型，包括字符串、列表、集合、哈希表、有序集合等。这些数据类型为开发者提供了灵活的数据操作能力，使得Redis可以适应各种不同的应用场景。
  • **原子性操作：**Redis 的所有操作都是原子性的，这意味着操作要么完全执行，要么完全不执行。这种特性对于确保数据的一致性和完整性至关重要，尤其是在高并发环境下处理事务时。
  • **持久化：**Redis 支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存到磁盘中，以便在系统重启后恢复数据。这为 Redis 提供了数据安全性，确保数据不会因为系统故障而丢失。
  • **支持发布/订阅模式：**Redis 内置了发布/订阅模式（Pub/Sub），允许客户端之间通过消息传递进行通信。这使得 Redis 可以作为消息队列和实时数据传输的平台。
  • **单线程模型：**尽管 Redis 是单线程的，但它通过高效的事件驱动模型来处理并发请求，确保了高性能和低延迟。单线程模型也简化了并发控制的复杂性。
  • **主从复制：**Redis 支持主从复制，可以通过从节点来备份数据或分担读请求，提高数据的可用性和系统的伸缩性。
  • **应用场景广泛：**Redis 被广泛应用于各种场景，包括但不限于缓存系统、会话存储、排行榜、实时分析、地理空间数据索引等。
  • **社区支持：**Redis 拥有一个活跃的开发者社区，提供了大量的文档、教程和第三方库，这为开发者提供了强大的支持和丰富的资源。
  • **跨平台兼容性：**Redis 可以在多种操作系统上运行，包括 Linux、macOS 和 Windows，这使得它能够在不同的技术栈中灵活部署。
  • **支持 Lua 脚本：**Redis 支持使用 Lua 脚本来编写复杂的操作，这些脚本可以在服务器端执行，提供了更多的灵活性和强大的功能。

Redis安装

Windows 下安装

下载地址

运行下面的命令运行redis服务端：

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redis-server.exe redis.windows.conf

输入之后，会显示如下界面：

Linux 源码安装

下载地址，下载最新稳定版本

建议下载到 /usr/local/src 目录编译安装：

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wget http://download.redis.io/releases/redis-6.2.6.tar.gz
tar -xzf redis-6.2.6.tar.gz
cd redis-6.2.6
make && make install

如果没有出错，应该就安装成功了。默认的安装路径是在 /usr/local/bin目录下，该目录已经默认配置到环境变量，因此可以在任意目录下运行这些命令。其中：

• redis-cli：是redis提供的命令行客户端
• redis-server：是redis的服务端启动脚本
• redis-sentinel：是redis的哨兵启动脚本

redis的启动方式有三种：默认启动、指定配置启动、开机自启

1. 默认启动：安装完成后，在任意目录输入redis-server命令即可启动Redis

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redis-server

这种启动属于前台启动，会阻塞整个会话窗口，窗口关闭或者按下CTRL + C则Redis停止。不推荐使用。

2. 指定配置启动：如果要让Redis以后台方式启动，则必须修改Redis配置文件，就在之前解压的redis源码目录下（/usr/local/src/redis-6.2.6），名字叫redis.conf，修改redis.conf文件中的一些配置

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# 将该配置文件备份一份
cp redis.conf redis.conf.bck
# 允许访问的地址，默认是127.0.0.1，会导致只能在本地访问。修改为0.0.0.0则可以在任意IP访问，生产环境不要设置为0.0.0.0
bind 0.0.0.0
# 守护进程，修改为yes后即可后台运行
daemonize yes 
# 密码，设置后访问Redis必须输入密码
requirepass 123321

Redis的其它常见配置：

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# 监听的端口
port 6379
# 工作目录，默认是当前目录，也就是运行redis-server命令时的目录，日志、持久化等文件会保存在这个目录
dir .
# 数据库数量，设置为1，代表只使用1个库，默认有16个库，编号0~15
databases 15
# 设置redis能够使用的最大内存
maxmemory 512mb
# 日志文件，默认为空，不记录日志，可以指定日志文件名
logfile "redis.log"

启动Redis：

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# 进入redis安装目录 
cd /usr/local/src/redis-6.2.6
# 启动
redis-server redis.conf

停止服务：

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# 利用redis-cli来执行 shutdown 命令，即可停止 Redis 服务，
# 因为之前配置了密码，因此需要通过 -u 来指定密码
redis-cli -u 123321 shutdown

3. 开机自启

新建一个系统服务文件：

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vi /etc/systemd/system/redis.service

内容如下：

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[Unit]
Description=redis-server
After=network.target

[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/local/bin/redis-server /usr/local/src/redis-6.2.6/redis.conf
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

然后重载系统服务：

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systemctl daemon-reload

现在，可以用下面这组命令来操作redis服务：

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# 启动
systemctl start redis
# 停止
systemctl stop redis
# 重启
systemctl restart redis
# 查看状态
systemctl status redis

执行下面的命令，可以让redis开机自启：

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systemctl enable redis

Redis客户端

Redis客户端，包括：命令行客户端、图形化桌面客户端、各编程语言客户端

1. Redis命令行客户端：Redis安装完成后就自带了命令行客户端：redis-cli，使用方式如下：

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redis-cli [options] [commonds]

其中常见的[options]有：

• -h 127.0.0.1：指定要连接的redis节点的IP地址，默认是127.0.0.1
• -p 6379：指定要连接的redis节点的端口，默认是6379
• -a 123321：指定redis的访问密码

其中的[commonds]就是Redis的操作命令，例如：

• ping：与redis服务端做心跳测试，服务端正常会返回pong

不指定[commonds]时，会进入redis-cli的交互控制台

2. 图形化桌面客户端：GitHub上的大神编写了Redis的图形化桌面客户端，不过该仓库提供的是RedisDesktopManager的源码，并未提供windows安装包。在这个仓库可以找到安装包
3. 各编程语言客户端：Golang Redis client

Redis默认有16个仓库，编号从0至15. 通过配置文件可以设置仓库数量，但是不超过16，并且不能自定义仓库名称。如果是基于redis-cli连接Redis服务，可以通过select命令来选择数据库：

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# 选择 0号库
select 0

Redis命令

Redis是一个key-value的数据库，key一般是String类型，不过value的类型多种多样：

Redis官网将操作不同数据类型的命令进行了分组，可以查看到不同数据类型的命令：Commands | Docs

也可以在命令行中获取命令提示

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help
# 可以按组查看不同数据类型的命令
help@
# 查看某个具体命令的用法
help [command]

通用命令

通用命令所有数据类型都能使用

1. Keys 命令用于查找所有符合给定模式 pattern 的 key

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KEYS pattern

• *代表任意个，?代表任意一个
• 模糊查询效率低，又由于Redis是单线程，容易阻塞，所以不建议在生产环境下使用

2. DEL：用于在 key 存在时删除 key

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DEL key [key ...]

3. EXISTS：检查给定 key 是否存在

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EXISTS key [key ...]

4. EXPIRE：给目标 key 设置过期时间，以秒计

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EXPIRE key seconds

5. TTL ：以秒为单位，返回目标 key 的剩余生存时间(TTL, time to live)

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TTL key

• 返回值：-1永久有效；-2已过期

String 类型

String类型，也就是字符串类型，是Redis中最简单的存储类型。根据字符串的格式不同，又可以分为3类：

• string：普通字符串
• int：整数类型，可以做自增、自减操作
• float：浮点类型，可以做自增、自减操作

不管是哪种格式，底层都是字节数组形式存储，只不过是编码方式不同。字符串类型的最大空间不能超过512MB

1. 设置或修改

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# 1.添加或修改指定 key 的值
SET key value
# 2.同时设置一个或多个 key-value 对
MSET key value [key value ...]
# 3.只有在 key 不存在时设置 key 的值，否则不执行
SETNX key value
# 也可以在 SET 的时候加 NX，起到和 SETNX 同样效果
SET key value nx
# 4.添加或修改指定 key 的值，并且设置过期时间，以秒计
SETEX key seconds value
# 也可以在 set 的时候加`EX`，起到和`SETEX`同样效果
set key value ex seconds

2. 获取

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# 1.获取指定 key 的值
GET key
# 2.根据多个key获取多个String类型的value
MGET key1 [key2..]

3. 自增或自减

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# 1.将 key 中储存的数字值增一
INCR key
# 2.将 key 所储存的值加上给定的增量值（increment）
INCRBY key increment
# 3.将 key 所储存的值加上给定的浮点增量值（increment）
INCRBYFLOAT key increment

Key 的结构

Redis没有类似MySQL中的Table的概念，该如何区分不同类型的key。例如，需要存储用户、商品信息到redis，有一个用户id是1，有一个商品id恰好也是1

Redis的key允许有多个单词形成层级结构，多个单词之间用:隔开，格式如下：

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项目名:业务名:类型:id

这个格式并非固定，根据自己的需求来删除或添加词条。

例如的项目名称叫 project1，有user和product两种不同类型的数据，可以这样定义key：

• user相关的key：project1:user:1
• product相关的key：project1:product:1

如果Value是一个对象，例如一个User对象，则可以将对象序列化为JSON字符串后存储：

Hash 类型

Redis hash 是一个 string 类型的 field（字段） 和 value（值） 的映射表，hash 特别适合用于存储对象

Redis 中每个 hash 可以存储 2³² - 1 键值对（40多亿）

1. 设置或修改

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# 1.添加或者修改hash类型key的field的值
HSET key field value
# 2.批量添加多个hash类型key的field的值
HMSET key field1 value1 [field2 value2 ...]
# 3.添加一个hash类型的key的field值，前提是这个field不存在，否则不执行
HSETNX key field value
# 也可以在 SET 的时候加 NX，起到和 SETNX 同样效果
HSET key field value nx

2. 获取

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# 1.获取一个hash类型key的field的值
HGET key field
# 2.批量获取多个hash类型key的field的值
HMGET key field1 [field2]
# 3.获取一个hash类型的key中的所有的field和value
HGETALL key
# 4.获取一个hash类型的key中的所有的field
HKEYS key
# 5.获取一个hash类型的key中的所有的value
HVALS key

3. 自增或自减

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# 1.为哈希表 key 中的指定字段的整数值加上增量（increment）
HINCRBY key field increment
# 2.为哈希表 key 中的指定字段的浮点数值加上增量（increment）
HINCRBYFLOAT key field increment

List 类型

Redis中的List类型可以看做是一个双向链表结构，既支持正向检索也支持反向检索。

• 有序
• 元素可以重复
• 插入和删除快
• 查询速度一般

常用来存储一个有序数据，例如：朋友圈点赞列表，评论列表等。

1. 添加

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# 1.向列表左侧插入一个或多个元素
LPUSH key value1 [value2]
# 2.向列表右侧插入一个或多个元素
RPUSH key value1 [value2]

2. 获取或删除

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# 1.移除并返回列表左侧的第一个元素，没有则返回nil
LPOP key
# 2.移除并返回列表右侧的第一个元素
RPOP key
# 3.返回一段指定范围内的所有元素（从0开始）（左闭右闭）
LRANGE key start stop
# 4.移除并获取列表左侧的第一个元素，如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。
BLPOP key1 [key2 ] seconds
# 移除并获取列表右侧的第一个元素，如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。
BRPOP key1 [key2 ] seconds

用List结构模拟栈：入口和出口在同一边

用List结构模拟队列：入口和出口在不同边

用List结构模拟阻塞队列：出队时采用BLPOP或BRPOP

Set 类型

Redis 的 Set 是 String 类型的无序集合。Set 成员是唯一的，这就意味着 Set 中不能出现重复的数据。Set 对象的编码可以是 intset 或者 hashtable。Redis 中 Set 是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O(1)。

• 无序
• 元素不可重复
• 查找快
• 支持交集、并集、差集等功能

1. 添加

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# 向set中添加一个或多个元素
SADD key member1 [member2]

2. 获取或删除

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# 1.移除set中的指定元素
SREM key member1 [member2]
# 2.返回set中元素的个数
SCARD key
# 3.判断 member 元素是否是集合 key 的成员
SISMEMBER key member
# 4.获取set中的所有元素
SMEMBERS key

3. 集合间运算

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# 1.求key1与key2的交集
SINTER key1 [key2]
# 2.求key1与key2的差集（key1有，key2没有）
SDIFF key1 [key2]
# 3.求key1和key2的并集 
SUNION key1 [key2]

SortedSet 类型

Redis 的 SortedSet 是一个可排序的 set 集合。SortedSet 中的每一个元素都带有一个 double 类型 score 属性，可以基于 score 属性为集合中的成员进行从小到大的排序，底层的实现是一个跳表（SkipList）加 hash表。有序集合的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。

SortedSet 具备下列特性：

• 可排序
• 元素不重复
• 查询速度快

因为 SortedSet 的可排序特性，经常被用来实现排行榜这样的功能。

注意：所有的排名默认都是升序，如果要降序则在命令的Z后面添加REV即可

1. 添加或修改

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# 1.向有序集合添加一个或多个成员，如果已经存在则更新其score值
ZADD key score1 member1 [score2 member2]
# 2.让sorted set中的指定元素自增，步长为指定的increment值
ZINCRBY key increment member

2. 删除

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# 1.移除有序集合中的一个或多个成员
ZREM key member [member ...]

3. 获取

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# 1.获取sorted set中指定元素的score值
ZSCORE key member
# 2.获取sorted set中指定元素的排名(从0开始计)
ZRANK key member
# 3.获取sorted set中的元素个数
ZCARD key
# 4.获取score值在给定范围内的元素的个数
ZCOUNT key min max
# 5.按照score排序后，获取指定排名范围内的元素
ZRANGE key start stop
# 6.按照score排序后，获取指定score范围内的元素
ZRANGEBYSCORE key min max

4. 集合运算

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# 求差集、交集、并集
ZDIFF、ZINTER、ZUNION

Redis客户端

在Redis官网中提供了各种语言的客户端

Go

Redis的Go客户端：go-redis ，提供了各种类型的客户端：

• Redis 单节点客户端
• Redis 集群客户端
• Redis 哨兵客户端
• Redis 分片客户端
• Redis 通用客户端

Java

Redis的Java客户端

1. Jedis：以Redis命令作为方法名称，学习成本低，简单实用。但是Jedis实例是线程不安全的，并且频繁的创建和销毁连接会有性能损耗，多线程环境下需要基于连接池来使用
2. Lettuce：Lettuce是基于Netty实现的，支持同步、异步和响应式编程方式，并且是线程安全的。支持Redis的哨兵模式、集群模式和管道模式。

SpringDataRedis

SpringData是Spring中数据操作的模块，包含对各种数据库的集成，其中对Redis的集成模块就叫做SpringDataRedis

• 提供了对不同Redis客户端的整合（Lettuce和Jedis）
• 提供了RedisTemplate统一API来操作Redis
• 支持Redis的发布订阅模型
• 支持Redis哨兵和Redis集群
• 支持基于Lettuce的响应式编程
• 支持基于JDK、JSON、字符串、Spring对象的数据序列化及反序列化
• 支持基于Redis的JDKCollection实现

SpringDataRedis中提供了RedisTemplate工具类，其中封装了各种对Redis的操作。并且将不同数据类型的操作API封装到了不同的类型中：

SpringDataRedis的序列化方式

RedisTemplate可以接收任意Object作为值写入Redis，只不过写入前会把Object序列化为字节形式，默认是采用JDK序列化，得到的结果可读性差并且内存占用较大

Spring默认提供了一个StringRedisTemplate类，它的key和value的序列化方式默认就是String方式。省去了自定义RedisTemplate的过程

应用场景

短信登陆

查询缓存

缓存更新策略

当数据库中数据更新后，缓存中数据未更新，这就会发生缓存一致性问题。缓存更新策略三种方式：

• 低一致性需求：使用内存淘汰机制。例如店铺类型的查询缓存
• 高一致性需求：主动更新，并以超时剔除作为兜底方案。例如店铺详情查询的缓存

主动更新策略的具体业务实现有三种方式：

1. 旁路缓存模式（Cache Aside Pattern）：由缓存的调用者，在更新数据库的同时更新缓存
2. 读写穿透模式（Read/Write Through Pattern）：缓存与数据库整合为一个服务，由服务来维护一致性。调用者调用该服务，无需关心缓存一致性问题
3. 异步写后缓存模式（Write Behind Caching Pattern）：调用者只操作缓存，由其它线程异步的将缓存数据持久化到数据库，保证最终一致。

旁路缓存模式

操作缓存和数据库时有三个问题需要考虑：

1.删除缓存还是更新缓存？

• 更新缓存：每次更新数据库都更新缓存，无效写操作较多❌
• 删除缓存：更新数据库时让缓存失效，查询时再更新缓存✔

2.如何保证缓存与数据库的操作的同时成功或失败？

• 单体系统，将缓存与数据库操作放在一个事务
• 分布式系统，利用TCC（Try-Confirm-Cancel）等分布式事务方案

3.先操作缓存还是先操作数据库？（线程安全问题）

• 先操作数据库，再删除缓存

旁路缓存模式的特殊情况分析

在并发未加锁的情况下

• 若先删缓存，再更新数据库，大概率会出现数据不一致情况。例如线程A删除缓存后更新数据库之前（硬盘比内存慢，写比查慢），线程B查询该数据，由于缓存被线程A删除，所以未命中，线程B会查询数据库，由于线程A对数据库的更新未完成，所以线程B会得到旧值，旧值会回写到缓存。最后线程A更新完数据库，此时缓存中是旧值，数据库中是新值。
• 若先操作数据库，再更新缓存，极小概率会出现数据不一致情况。因为需要满足情况一：线程A查询缓存时，缓存恰好过期失效；情况二：必须在线程A查询数据库与写缓存的timing之间完成线程B的更新数据库和删除缓存操作
  • 由于内存比硬盘快，所以情况二不易发生

总结

缓存更新策略的最佳实践方案：

低一致性需求：使用Redis自带的内存淘汰机制

高一致性需求：主动更新，并以超时剔除作为兜底方案

• 读操作：
  • 缓存命中则直接返回
  • 缓存未命中则查询数据库，并写入缓存，设定超时时间作为兜底方案
• 写操作：
  • 先写数据库，然后再删除缓存
  • 要确保数据库与缓存操作的原子性

缓存穿透

缓存穿透是指客户端请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，这样缓存永远不会生效，这些请求都会打到数据库。

常见的解决方案有两种：

1. 缓存空对象
   • 优点：实现简单、维护方便
   • 缺点：额外的内存消耗、可能造成短期的不一致
2. 布隆过滤
   • 优点：内存占用较少，没有多余key
   • 缺点：实现复杂、存在误判可能

缓存雪崩

缓存雪崩是指在同一时段大量的缓存key同时失效或者Redis服务宕机，导致大量请求到达数据库，带来巨大压力。

解决方案：

• 给不同的Key的TTL添加随机值
• 利用Redis集群提高服务的可用性
• 给缓存业务添加降级限流策略
• 给业务添加多级缓存

缓存击穿

缓存击穿问题也叫热点Key问题，就是一个被高并发访问并且缓存重建业务较复杂的key突然失效了，无数的请求访问会在瞬间给数据库带来巨大的冲击。

常见的解决方案有两种：

• 互斥锁
• 逻辑过期

基于互斥锁方式解决缓存击穿问题

基于逻辑过期方式解决缓存击穿问题