Redis 详解：安装、数据类型、事务、配置、持久化、订阅/发布、主从复制、哨兵机制、缓存

Redis 安装与数据类型

安装指南

Windows

Linux

性能测试

基本知识

数据类型

String

List（双向列表）

Set（集合）

Hash（哈希）

Zset（有序集合）

高级功能

地理位置（Geospatial）

Hyperloglog

Bitmaps

Redis高级功能与配置指南

1. 事务

1.1 事务简介

1.2 事务命令

1.3 锁机制

1.3.1 悲观锁

1.3.2 乐观锁

2. Redis配置文件（redis.conf）

2.1 网络配置

2.2 通用配置

2.3 快照配置（RDB）

2.4 客户端限制

2.5 内存管理

2.6 AOF配置

3. 持久化

3.1 RDB持久化

3.2 AOF持久化

4. 订阅/发布

4.1 概述

4.2 命令说明

4.3 使用示例

4.4 应用场景

Redis主从复制、哨兵模式及缓存问题解决策略

1. Redis主从复制

1.1 概述

1.2 主从复制的工作原理

1.3 配置主从复制

1.4 主从复制的优缺点

2. 哨兵模式

2.1 概述

2.2 哨兵的工作原理

2.3 配置哨兵

2.4 简单部署

2.5 哨兵的优缺点

3. 缓存穿透、击穿与雪崩问题及解决策略

3.1 缓存穿透

3.2 缓存击穿

3.3 缓存雪崩

Redis 安装与数据类型

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的、支持网络的Key-Value数据库，使用ANSI C语言编写，支持内存和日志型持久化。它提供多种数据类型，常用于数据库、缓存和消息中间件。

安装指南

Windows

安装：从 MicrosoftArchive/redis 下载安装包并安装。
测试：
- ping：测试服务是否启动。
- set name cht：设置键值对。
- get name：获取键对应的值。

Linux

前提：确保已安装Java和gcc-c++。

使用源码：
- 下载源码包：wget -http://download.redis.io/releases/redis-<version>.tar.gz
- 解压：tar -xzf redis-<version>.tar.gz
- 进入目录：cd redis-<version>
- 编译：make
- 安装：sudo make install
- 验证安装：redis-server -version
使用Docker：(下面的相关展示使用的是docker)
- 拉取镜像：docker pull redis
- 运行容器：docker run -d --name myredis redis
- 进入容器客户端：docker exec -it myredis redis-cli
- 查看连接：ps -ef | grep redis
- 停止服务：shutdown

性能测试

使用redis-benchmark测试性能：

示例命令：docker exec -it myredis redis-benchmark -p 6379 -c 100 -n 1000000
参数说明：
- -h：主机名/IP。
- -p：端口号，默认6379。
- -c：并发连接数，默认50。
- -n：请求数，默认100000。
- -d：数据大小，默认3字节。
- -t：指定测试类型。
- -P：管道机制。
- -q：安静模式。
- --csv：输出CSV格式。
- -r：随机键空间。

基本知识

数据库：默认16个数据库，切换使用select dbindex。
线程模型：单线程（Redis 6.0起支持多线程）。
常用命令：
- DBSIZE：查看键数。
- key *：列出所有键。
- flushdb/FLUSHALL：清空数据库。
- exists key：检查键是否存在。
- expire key seconds：设置过期时间。
- ttl key：查看剩余时间。
- type key：查看键类型。

数据类型

String

适用于字符串存储：

set key value：设置值。
get key：获取值。
append key value：追加字符串。
strlen key：字符串长度。
incr/decr key：自增/自减。
getrange/setrange：截取/替换子串。
setex key seconds value：设置带过期时间的值。
setnx key value：键不存在时设置。
mset/mget：批量操作。
getset key value：先获取后设置。

List（双向列表）

lpush/rpush：左边/右边添加元素。
lrange：获取范围内元素。
lpop/rpop：移除左/右边元素。
lrem：移除指定元素。
ltrim：截取并保留范围内元素。
rpoplpush：从源列表末尾移到目标列表开头。
lset：替换元素。
linsert：在指定元素前/后插入新元素。

Set（集合）

不允许重复元素：

sadd：添加元素。
smembers：查看所有元素。
sismember：检查元素是否存在。
scard：元素个数。
srem：移除元素。
srandmember：随机获取元素。
spop：随机移除元素。
smove：移动元素到另一个集合。
sdiff/sinter/sunion：集合运算。

Hash（哈希）

适合对象存储：

hset：设置键值。
hget/hmget：获取值。
hmset：批量设置。
hgetall：获取所有键值。
hlen：键的数量。
hexists：检查键是否存在。
hkeys/hvals：键列表/值列表。
hincrby/hdecrby：增量/减量。
hsetex/hsetnx：带过期时间/不存在时设置。

Zset（有序集合）

按分数排序：

zadd：添加元素。
zrange/zrevrange：升序/降序获取元素。
zrem：移除元素。
zcard：元素个数。
zcount：统计分数区间内的元素。
zrangebyscore/zrevrangebyscore：按分数范围获取元素。

高级功能

地理位置（Geospatial）

处理地理位置数据：

geoadd：添加地理位置。
geopos：获取位置坐标。
geodist：计算两点距离。
georadius/geomember：查询区域内的位置。
geohash：生成Geohash字符串。
zrange/zrem：操作有序集合。

Hyperloglog

用于基数统计：

pfadd：添加元素。
pfcount：统计基数。
pfmerge：合并集合。

Bitmaps

位运算支持布尔标志：

setbit/getbit：设置/获取位值。
bitcount：统计1的位数。
bitop：进行AND、OR、XOR、NOT操作。

Redis高级功能与配置指南

1. 事务

1.1 事务简介

Redis的事务通过MULTI命令开始，所有事务命令会缓冲到队列中，直到执行EXEC才会运行。如果在事务执行过程中出现编译错误，所有命令都不执行；运行时错误则继续执行其他命令。

1.2 事务命令

MULTI：开始事务。
EXEC：执行事务。
DISCARD：取消事务，放弃缓冲中的命令。

1.3 锁机制

1.3.1 悲观锁

总是假设最坏情况会发生，所有操作都加锁。
适用于并发冲突较高的场景。

1.3.2 乐观锁

假设冲突可能性较小，使用WATCH监视键。
事务执行前检查键是否被修改：
- WATCH命令监视键。
- MULTI开始事务。
- 执行事务命令，如果键未被修改，EXEC运行，否则事务中止。
优点：提高并发性能，简化逻辑。
缺点：可能出现数据不一致，重试逻辑复杂。

2. Redis配置文件（redis.conf）

2.1 网络配置

bind 127.0.0.1：绑定IP地址，限制访问来源。
protected-mode yes：保护模式，防止未设置密码时外部访问。
port 6379：设置Redis服务端口。

2.2 通用配置

daemonize yes：以守护进程运行。
pidfile /var/run/redis_6379.pid：指定PID文件。
requirepass <password>：设置客户端连接密码。
loglevel notice：设置日志级别（debug, verbose, notice, warning）。
logfile ""：指定日志文件路径。
databases 16：设置默认数据库数量。
always-show-logo yes：显示Redis启动Logo。

2.3 快照配置（RDB）

save 900 1：在900秒内有至少1个键变化时触发持久化。
stop-writes-on-bgsave-error yes：持久化错误时停止写入。
rdbcompression yes：对RDB文件进行压缩。
rdbchecksum yes：对RDB文件进行校验。
dbfilename dump.rdb：指定RDB文件名。
dir ./：设置RDB文件存储目录。

2.4 客户端限制

maxclients 10000：设置最大客户端连接数。

2.5 内存管理

maxmemory <bytes>：设置最大内存限制。
maxmemory-policy noeviction：内存超出策略（默认不移除任何键）。

2.6 AOF配置

appendonly yes：启用AOF持久化。
appendfilename "appendonly.aof"：指定AOF文件名。
appendfsync everysec：设置AOF同步策略（默认每秒一次）。

3. 持久化

3.1 RDB持久化

快照机制：fork子进程生成RDB文件。
触发机制：
- 满足save规则。
- 执行flushall。
- 退出Redis。
恢复：Redis启动时自动加载dump.rdb文件。
优点：
- 高效：主进程继续处理请求。
- 恢复快：二进制文件直接加载。
- 适合备份：文件紧凑，便于存储。
缺点：可能丢失最近数据。

3.2 AOF持久化

日志机制：记录每个写操作，重启时回放。
优先级：高于RDB，启动时优先加载。
修复工具：redis-check-aof --fix修复损坏的AOF文件。
重写机制：
- 触发条件：
  - 文件增长到一定比例（auto-aof-rewrite-percentage）。
  - 达到最小大小（auto-aof-rewrite-min-size）。
- 优点：减少文件碎片，优化存储。
优点：
- 更高可靠性：最多丢失1秒数据。
- 紧急恢复：可手动编辑AOF文件。
- 可读性：明确的操作日志，便于分析。
缺点：
- 文件较大：同等数据占用空间更大。
- 效率：比RDB慢，尤其在不同步时。

4. 订阅/发布

4.1 概述

Redis的发布/订阅功能用于实时消息传输，适用于实时数据更新的场景，如实时新闻、系统通知等。

4.2 命令说明

订阅：
- SUBSCRIBE channel [channel ...]：订阅一个或多个频道。
- PSUBSCRIBE pattern [pattern ...]：订阅符合模式的频道。
取消订阅：
- UNSUBSCRIBE [channel ...]：取消订阅指定频道。
- PUNSUBSCRIBE [pattern ...]：取消订阅符合模式的频道。
发布消息：
- PUBLISH channel message：向指定频道发送消息。

4.3 使用示例

# 订阅频道"cht"
127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE cht
1) "subscribe"
2) "cht"
3) (integer) 1# 发布消息
127.0.0.1:6379> PUBLISH cht "hello world"
(integer) 1# 接收到的消息：
1) "message"
2) "cht"
3) "hello world"

4.4 应用场景

实时更新：如实时信息展示。
消息队列：用于分布式系统的消息传递。
动态通知：用户行为触发的实时通知。

Redis主从复制、哨兵模式及缓存问题解决策略

1. Redis主从复制

1.1 概述

Redis的主从复制功能用于实现数据的读写分离、数据备份和故障恢复。通过配置主从节点，可以将写操作集中在主节点，读操作分散到多个从节点，提升系统的整体性能和可用性。

1.2 主从复制的工作原理

全量复制：
- 从节点在初次连接主节点时，会触发一次全量复制。
- 主节点执行BGSAVE命令生成RDB文件，并将其发送给从节点。
- 从节点加载RDB文件，初始化数据。
- 主节点记录此时的复制偏移量和数据。
增量复制：
- 全量复制完成后，主节点继续处理新的写操作，并将这些操作记录在复制缓冲区中。
- 从节点定期请求主节点发送增量数据，主节点根据复制偏移量，发送从节点缺少的数据。
- 从节点接收并执行这些写操作，确保数据与主节点一致。

1.3 配置主从复制

设置从节点：
- 在从节点的配置文件redis.conf中，添加replicaof <master_ip> <master_port>，指定主节点的IP和端口。
- 或者在Redis客户端中执行SLAVEOF <master_ip> <master_port>命令。
验证主从复制：
- 在主节点执行INFO replication命令，查看从节点的连接状态。
- 确认从节点已经正确连接，并且数据同步完成。

1.4 主从复制的优缺点

优点：
- 数据备份与冗余，避免单点故障。
- 读写分离，提升读操作的吞吐量。
- 负载均衡，分散读操作到多个从节点。
缺点：
- 主节点成为性能瓶颈，所有写操作必须经过主节点。
- 数据一致性存在延迟，增量复制过程中可能出现短暂的不一致。
- 手动干预切换，主节点故障时需要人工介入，切换从节点为主节点。

2. 哨兵模式

2.1 概述

哨兵模式是在主从复制的基础上，引入了一组哨兵进程，用于监控主节点和从节点的状态。当主节点出现故障时，哨兵会自动将一个从节点提升为新的主节点，实现故障的自动转移。

2.2 哨兵的工作原理

监控：
- 哨兵进程通过定期向主节点和从节点发送PING命令，监控它们的运行状态。
主观下线：
- 如果节点在指定时间内未回复，哨兵会将其标记为“主观下线”。
客观下线：
- 当一定数量的哨兵进程（由quorum参数配置）都标记主节点为主观下线时，主节点被判定为“客观下线”。
故障转移：
- 哨兵集群选举出一个领头哨兵。
- 领头哨兵选择一个健康的从节点作为新的主节点。
- 更新所有从节点的复制目标，确保它们指向新的主节点。
- 通知客户端主节点的变更，完成故障转移。

2.3 配置哨兵

以下是一个示例的哨兵配置文件sentinel.conf：

port 26379                           # 哨兵监听的端口
daemonize yes                        # 以守护进程运行
pidfile "/var/run/redis-sentinel.pid" # PID文件路径
logfile "26379.log"                  # 日志文件路径
dir "/var/tmp/redis-sentinel/data"    # 工作目录# 监控的主节点，指定主节点名称、IP地址、端口和哨兵判定主节点下线的票数
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2# 主节点的密码，如果主节点设置了密码需要配置
sentinel auth-pass mymaster 123456# 哨兵判定主节点下线的超时时间，单位是毫秒
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000# 故障转移时，允许并行同步的从节点个数，默认是1
sentinel parallel-syncs mymaster 1# 故障转移超时时间，单位是毫秒
sentinel failover-timeout mymaster 180000# 是否允许通过脚本配置重新配置客户端
sentinel deny-scripts-reconfig yes

2.4 简单部署

redis 使用 Docker 部署 Redis 集群（包括哨兵机制）-CSDN博客

2.5 哨兵的优缺点

优点：
- 自动故障转移，减少人工干预。
- 监控与通知，及时发现和处理问题。
- 提高系统的高可用性和稳定性。
缺点：
- 配置较为复杂，增加了维护成本。
- 增加资源开销，需要额外的服务器运行哨兵进程。
- 单点故障隐患，哨兵本身也可能成为潜在的单点故障。

3. 缓存穿透、击穿与雪崩问题及解决策略

3.1 缓存穿透

问题描述：
- 用户频繁查询不存在的数据，导致请求直接打到数据库，增加数据库负担，影响性能。
解决方法：
- 缓存空对象：
  - 在数据库未找到数据时，向缓存中设置一个空对象，设置较短的过期时间，避免占用过多内存。
- 布隆过滤器：
  - 使用布隆过滤器过滤不存在的数据，减少对数据库的无效查询。
- 参数校验：
  - 对用户输入的参数进行严格的校验，防止恶意请求或爬虫攻击。

3.2 缓存击穿

问题描述：
- 热点数据过期后，大量并发请求直接访问数据库，导致数据库压力骤增。
解决方法：
- 设置热点数据永不过期：
  - 对于某些热点数据，可以配置为永不过期，确保这些数据始终在缓存中。
- 互斥锁：
  - 使用分布式锁（如Redis的SETNX命令），确保只有一个请求能访问数据库，其余请求等待，防止数据库被压垮。
- 后台刷新：
  - 开启后台线程，定期更新热点数据的缓存，避免因缓存失效导致的并发请求。
- 分级缓存：
  - 使用多级缓存策略，如一级缓存和二级缓存，确保数据在多级缓存中有效，减少对数据库的直接访问。

3.3 缓存雪崩

问题描述：
- 大量缓存同时过期，导致短时间内有大量请求直接打到数据库，可能引起数据库宕机。
解决方法：
- 随机过期时间：
  - 在设置缓存过期时间时，加上一个随机的时间值，避免大量缓存集中过期。
- 互斥锁或队列：
  - 使用互斥锁或队列控制对数据库的并发访问，防止大量请求同时访问数据库。
- 二级缓存：
  - 建立二级缓存层，当主缓存失效时，从二级缓存中获取数据，减少对数据库的压力。
- 数据预热：
  - 在缓存过期前，主动刷新和更新缓存，确保热点数据始终存在于缓存中。
- 监控与预警：
  - 实时监控缓存的命中率和请求量，及时发现潜在的问题，提前采取措施。