Redis 核心特性与基础详解（结合实例）
Redis（Remote Dictionary Service）是一个开源的内存数据库，以高性能和灵活的数据结构著称。它被广泛用于缓存、消息队列、实时排行榜等场景。下面通过实际案例和操作，深入浅出地解析 Redis 的核心特性。
一、核心特性概览
- 内存存储，超高性能：数据存储在内存中，读写速度达10万+/秒。
- 丰富的数据结构：支持字符串、哈希、列表、集合、有序集合等。
- 持久化：通过 RDB 和 AOF 机制保障数据不丢失（详见之前的持久化详解）。
- 高可用与扩展：支持主从复制、哨兵（Sentinel）、集群（Cluster）。
- 原子操作与事务：支持简单事务和 Lua 脚本，保证操作原子性。
二、核心数据结构与使用场景
1. 字符串（String）
- 本质：最简单的键值对，值可以是文本、数字或二进制数据。
- 常用命令：
SET user:1 "Alice" # 存储用户信息 GET user:1 # 获取用户信息 INCR article:1001:views # 文章阅读量+1（原子操作） - 场景：
- 缓存：存储用户会话、页面缓存。
- 计数器：文章阅读量、商品库存。
示例：记录商品库存
> SET product:1001:stock 100 # 初始化库存为100
> DECR product:1001:stock # 扣减库存，返回99
2. 哈希（Hash）
- 本质：键值对的集合，适合存储对象。
- 常用命令：
HSET user:1001 name "Bob" age 30 # 存储用户字段 HGET user:1001 name # 获取用户名 HGETALL user:1001 # 获取所有字段 - 场景：
- 用户资料：存储多个字段（姓名、年龄、地址）。
- 商品详情：价格、库存、描述等属性。
示例：存储电商商品信息
> HSET product:2001 title "iPhone 15" price 6999 stock 50
> HINCRBY product:2001 stock -1 # 扣减库存，返回49
3. 列表（List）
- 本质：有序元素集合，支持双向插入/删除。
- 常用命令：
LPUSH news:latest "Article A" # 左侧插入文章 RPUSH news:latest "Article B" # 右侧插入文章 LRANGE news:latest 0 2 # 获取前3篇文章 - 场景：
- 消息队列：实现生产者-消费者模型。
- 最新动态：展示用户最近浏览记录。
示例：构建简单消息队列
# 生产者发送消息
> LPUSH msg:queue "Task: Backup DB"
# 消费者获取消息
> RPOP msg:queue # 返回"Task: Backup DB"
4. 集合（Set）
- 本质：无序且元素唯一的集合，支持交并差运算。
- 常用命令：
SADD tags:article:1001 "tech" "database" # 添加标签 SMEMBERS tags:article:1001 # 查看所有标签 SINTER tags:article:1001 tags:user:1 # 求交集（共同标签） - 场景：
- 标签系统：文章标签、用户兴趣。
- 抽奖去重：确保用户不重复中奖。
示例：统计共同好友
> SADD user:1001:friends "user:2001" "user:2002"
> SADD user:1002:friends "user:2001" "user:2003"
> SINTER user:1001:friends user:1002:friends # 返回共同好友"user:2001"
5. 有序集合（ZSet）
- 本质：元素按分数（score）排序的集合，适合排行榜。
- 常用命令：
ZADD leaderboard 1000 "PlayerA" # 添加玩家得分 ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES # 查看前三名 ZRANK leaderboard "PlayerA" # 查看玩家排名 - 场景：
- 实时排行榜：游戏得分、热搜榜单。
- 延迟队列：按执行时间排序的任务队列。
示例：游戏玩家排行榜
> ZADD game:rank 1500 "Alice" # Alice得分1500
> ZADD game:rank 1800 "Bob" # Bob得分1800
> ZREVRANGE game:rank 0 -1 WITHSCORES # 返回["Bob", 1800, "Alice", 1500]
三、其他核心功能
1. 过期时间与自动删除
- 本质：为键设置生存时间（TTL），到期自动删除。
- 常用命令：
SET session:1234 "{...}" EX 3600 # 会话1小时后过期 TTL session:1234 # 查看剩余生存时间（秒） - 场景：
- 会话缓存：用户登录态自动失效。
- 限时优惠：促销活动倒计时。
2. 事务（Transactions）
- 本质：将多个命令打包执行（类似数据库事务），但不支持回滚。
- 操作步骤：
MULTI # 开启事务 SET balance:Alice 1000 DECRBY balance:Alice 100 EXEC # 提交执行（或 DISCARD 取消） - 注意：Redis 事务是原子性的，但中间命令出错不会回滚已执行的命令。
3. 发布订阅（Pub/Sub）
- 本质：消息通信模式，生产者发布消息，消费者订阅频道。
- 常用命令：
# 消费者订阅频道 SUBSCRIBE news:tech # 生产者发布消息 PUBLISH news:tech "Redis 7.0 released!" - 场景：
- 实时通知：订单状态更新、系统告警。
四、高可用与扩展
1. 主从复制（Replication）
- 原理：主节点（Master）异步复制数据到从节点（Slave），实现读写分离。
- 配置步骤：
- 启动主节点（默认模式）。
- 在从节点配置文件（
redis.conf）中添加：replicaof <master-ip> <master-port>
- 示例：电商系统将读请求分流到从节点，减轻主节点压力。
2. 哨兵（Sentinel）
- 原理：监控主从节点，自动故障转移（主节点宕机时选举新主）。
- 配置步骤：
- 创建哨兵配置文件
sentinel.conf：sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2 # 监控主节点 sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000 # 5秒无响应判定宕机 - 启动哨兵：
redis-sentinel sentinel.conf
- 创建哨兵配置文件
3. 集群（Cluster）
- 原理：数据分片存储在多个节点，支持水平扩展。
- 操作步骤：
- 创建集群（至少3主3从）：
redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 ... --cluster-replicas 1 - 客户端连接集群：
redis-cli -c -p 7000 # -c 表示启用集群模式
- 创建集群（至少3主3从）：
五、实战：使用 Redis 实现文章投票系统
需求：用户可为文章投票，每篇文章最多投1票，按票数实时排行。
1. 数据结构设计
- 文章信息：哈希存储（标题、作者、发布时间等）。
- 文章得分：有序集合（按票数和时间排序）。
- 用户投票记录：集合（记录已投票的用户）。
2. 关键操作
# 发布文章
HMSET article:1001 title "Redis Guide" author "Alice" time 1630000000
# 用户投票（原子操作：检查是否已投票 + 更新得分）
WATCH article:1001:votes # 开启乐观锁
MULTI
SADD user:2001:votes 1001 # 记录用户投票
ZINCRBY article:scores 432 article:1001 # 432=票数*权重 + 时间衰减
EXEC
六、总结
- 核心优势：
- 数据结构多样性：灵活应对不同场景。
- 内存级速度：适用于高并发读写。
- 高可用架构：主从复制、哨兵、集群保障稳定性。
- 学习路径：
- 掌握基础数据结构（String/Hash/List/Set/ZSet）。
- 熟悉事务、过期时间、Pub/Sub 等进阶功能。
- 部署高可用架构（主从、哨兵、集群）。
行动建议：
- 本地安装 Redis，通过
redis-cli练习基础命令。 - 结合业务场景（如缓存、排行榜）设计数据结构。
- 生产环境优先使用哨兵或集群保障高可用。
通过理解这些核心特性，你可以充分发挥 Redis 的潜力，构建高性能、可靠的应用系统！
