一、初識 Redis

1.1 Redis 概述

1. Redis 簡介

Redis（Remote Dictionary Server） 是一款高性能的 鍵值存儲（Key-Value Store） 數據庫，屬于 NoSQL 數據庫的一種。相較于傳統鍵值數據庫，Redis 的核心優勢在于其支持 多種數據結構，包括：

• String（字符串）
• Hash（哈希表）
• List（列表）
• Set（集合）
• Sorted Set（有序集合）
• Bitmaps（位圖）
• HyperLogLog（基數統計）
• GEO（地理空間索引）

由于 Redis 數據主要存儲在內存中，其讀寫性能極高（可達 10萬+ QPS）。同時，Redis 提供 持久化機制（RDB 快照和 AOF 日志），確保數據在宕機或故障時不會丟失。

此外，Redis 還支持：

• 鍵過期（Key Expiration）
• 發布訂閱（Pub/Sub）
• 事務（Transactions）
• 流水線（Pipeline）
• Lua 腳本（Lua Scripting）

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2. Redis 的發展歷程

• 2008 年：Redis 由 Salvatore Sanfilippo（@antirez） 開發，最初用于優化其項目 LLOOGG 的隊列性能（替代 MySQL）。
• 2009 年：Redis 1.0 開源發布，迅速獲得廣泛關注。
• 至今：Redis 已成為全球最受歡迎的 內存數據庫 之一，被眾多 大型互聯網公司 采用。

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1.2 Redis 核心特性

• MySQL 主要通過 表 存儲數據，“關系型數據庫”
• Redis 通過 鍵值對 存儲數據，“非關系型數據庫”

根據官方的介紹，Redis 具有以下特性和優點：

1. 高性能

• Redis 提供極高的讀寫性能，能在毫秒級的時間內完成數據操作。
• 支持單線程架構，利用事件循環處理多個客戶端請求，避免了上下文切換的開銷。
• 從網絡角度上，Redis 使用了IO多路復用的機制（epoll）
• Redis是C語言開發的，從某種程度上也減少了延遲以及提高了處理速度

2. 豐富的數據類型

• 除了傳統的鍵值對數據存儲，Redis 支持多種復雜的數據類型，如：
  • 字符串（String）
  • 哈希（Hash）
  • 列表（List）
  • 集合（Set）
  • 有序集合（Sorted Set）
  • 位圖（Bitmap）
  • HyperLogLog（用于基數統計）
  • 地理空間（Geospatial）

3. 持久化

• Redis 提供了兩種持久化機制：
  • RDB（Redis 數據庫快照）：通過定期將數據保存到磁盤中來持久化數據。
  • AOF（追加文件）：每次對 Redis 進行寫操作時，將操作命令追加到日志文件中。
• 這兩種方式可以結合使用，以確保數據的持久性和高可用性。

4. 原子操作

• Redis 提供對數據的原子操作支持，確保在并發情況下，數據的修改不會發生沖突或不一致。

5. 主從復制

• Redis 支持主從復制機制，可以通過復制將數據同步到多個從節點，從而提高數據的可用性與讀取性能。

6. 高可用性與分布式

• Redis 通過 Redis Sentinel 實現高可用性，能夠自動故障轉移（failover），保證系統的持續可用性。
• Redis Cluster 支持分布式部署，可以自動分片（sharding），以支持大規模的數據存儲。

7. 內存存儲與低延遲

• Redis 完全基于內存（RAM）操作，具有極低的延遲。
• 適用于高頻的讀寫操作，如實時應用程序、緩存等。

8. 靈活的過期策略

• Redis 支持鍵值對的過期時間設置，可以自動刪除過期的數據。
• 支持 LRU（Least Recently Used）算法來清除最少使用的鍵，幫助控制內存使用。

9. 事務支持

• Redis 提供了事務機制，支持 MULTI、EXEC、WATCH 等命令來實現一組操作的原子執行。

10. 簡單的 API

• Redis 提供了非常簡單直觀的 API，易于集成和使用，支持多種編程語言，如 Python、Java、C、Go 等。

總結

下圖是總結了Redis的核心功能：

• 速度快：由于是內存數據庫，讀取速度極快。
• 數據結構豐富：支持多種數據結構，能夠滿足不同場景的需求。
• 高可用性：通過復制和故障轉移機制確保系統的高可用性。
• 易于擴展：支持分片和分布式架構，能輕松擴展為大規模分布式系統。
• 靈活性強：支持多種持久化方案和過期策略。

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1.3 Redis 應用場景

Redis 適用場景

1. 緩存

   • Web緩存：Redis 常被用作緩存系統，以提高Web應用的響應速度和減輕數據庫的負載。它通過存儲熱數據，避免重復查詢數據庫。
   • 頁面緩存：可以將渲染過的頁面存儲在 Redis 中，從而快速返回給用戶，減少服務器端渲染負擔。
   • 數據庫查詢結果緩存：將數據庫查詢結果緩存在 Redis 中，避免對數據庫的重復查詢，減少數據庫負載。

2. 會話存儲（Session Store）

   • Redis 常被用作會話存儲，尤其是在處理大量用戶會話時。由于 Redis 支持鍵值對存儲和高效的過期策略，非常適合存儲用戶會話數據。
   • 它能支持高并發的讀寫，并且提供自動過期功能，確保會話數據能在合理時間后自動清理。

3. 實時數據分析

   • Redis 的快速讀寫能力使它非常適合做實時數據分析。例如，使用 Redis 存儲網站的實時訪問數據、用戶活動數據等。
   • 計數器：利用 Redis 的自增操作，可以很方便地實現點擊計數、PV（頁面瀏覽量）和 UV（獨立訪客數）等功能。
   • 實時流數據處理：借助 Redis 的 列表 和 集合 等數據結構，可以實時處理和分析大量流數據。

4. 排行榜/計分系統

   • 有序集合（Sorted Set） 是 Redis 的一項強大功能，非常適合實現排行榜和計分系統。通過有序集合，可以高效地存儲并排序用戶分數。
   • 常見應用如在線游戲的排行榜、社交平臺的用戶積分等。

5. 消息隊列（Message Queue）

   • Redis 可以作為高效的消息隊列系統，支持 發布/訂閱（Pub/Sub） 模式以及 列表 結構作為隊列實現。
   • 它可以用來在分布式系統中進行異步任務處理、事件通知等場景。其快速的生產者/消費者模型能夠實現低延遲的消息傳遞。

6. 實時聊天系統

   • Redis 的發布/訂閱模型（Pub/Sub）常常用于實現實時消息推送系統。通過 Redis，用戶可以在不同的聊天室中實時交換消息。
   • 該功能非常適合社交應用、即時通訊工具、在線客服等場景。

7. 隊列任務系統

   • Redis 的列表（List）數據結構非常適合用來實現任務隊列，支持 LPUSH 和 RPOP 等原子操作，可以高效地進行任務的推送和消費。
   • 例如，后臺任務處理、異步任務分發等場景。

8. 分布式鎖

   • 在分布式系統中，Redis 可以作為分布式鎖的實現方式。通過 Redis 提供的 SETNX 命令，多個進程可以競爭獲取鎖，確保資源在同一時刻只被一個進程訪問。
   • 這種鎖的機制可廣泛應用于分布式系統中的資源控制、事務管理等場景。

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Redis 不適用場景

站在數據規模的角度看，數據可以分為大規模數據和小規模數據；我們知道 Redis 的數據是存在內存中的，如果數據量過于大的情況下，使用Redis經濟成分很高（內存的價格遠高于磁盤）

站在數據冷熱的角度看，數據分為熱數據與冷數據；熱數據通常指需要頻繁操作的數據，反之為冷數據，對于一個視頻網站來說，視頻的基本信息就屬于熱數據，用戶觀看記錄一般情況下不會經常訪問，屬于冷數據。
如果將這些冷數據放在Redis中，就浪費了其內存空間。這些冷數據就不適合放在Redis中。
即將那些要經常被訪問的數據放到內存中，而不經常被訪問的放在磁盤中存儲。

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1.4 Redis 版本

Redis 借鑒了 Linux 操作系統的版本號命名規則：如果版本號的第二位是奇數，則表示該版本為非穩定版本（例如 2.7、2.9、3.1）；如果是偶數，則為穩定版本（例如 2.6、2.8、3.0、3.2）。當前的奇數版本是下一個穩定版本的開發版本，例如 2.9 是 3.0 版本的開發版本。因此，生產環境通常選擇偶數版本的 Redis。如果希望提前體驗新的特性，可以選擇最新的奇數版本。

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二、Redis 安裝與基礎操作

下面相關的安裝與操作部分主要以Ubuntu系統為主進行介紹：

2.1 安裝 Redis

1. 在 Ubuntu 系統中，直接使用 apt 安裝即可：

apt install redis -y # -y 自動確認安裝過程中的提示

2. Windows 系統安裝reids：
   • https://github.com/tporadowski/redis/releases
   • 進入github對應的目錄下，直接下載壓縮包或安裝包msi
   • 安裝后reids目錄內容如下：

2.2 支持遠程連接

1. Ubuntu 系統 修改 /etc/redis/redis.conf

• 修改 bind 127.0.0.1 為 bind 0.0.0.0
• 修改 protected-mode yes 改為 protected-mode no
  

2. Windows 系統修改下載目錄下的 redis.windows-service.conf
   

2.3 Redis 基礎控制

1. 啟動 Redis 服務

   service redis-server start
   

2. 停止 Redis 服務

   service redis-server stop
   

3. 重啟 Redis 服務

   service redis-server restart
   

三、Redis 重要文件 & 作用

3.1 工具 & 腳本

下面是一些Redis中重要的工具與腳本，用于服務器的管理、性能測試、監控、數據文件的檢查與修復等功能：

文件路徑	解釋	作用
/usr/bin/redis-benchmark	Redis 基準測試工具	用于測試 Redis 服務器性能。可以模擬大量并發操作來評估 Redis 的性能表現。
/usr/bin/redis-check-aof	AOF 文件檢查工具	用于檢查和修復 Redis 的 AOF（追加文件）日志。如果 Redis 崩潰或數據不一致，可以使用它來檢查和修復 AOF 文件。
/usr/bin/redis-check-rdb	RDB 文件檢查工具	用于檢查和修復 Redis 的 RDB（數據庫快照）文件。如果 RDB 文件損壞或不完整，可以使用該工具進行修復。
/usr/bin/redis-cli	Redis 命令行客戶端	通過命令行連接到 Redis 服務器，允許用戶發送 Redis 命令進行交互、管理 Redis 實例。
/usr/bin/redis-sentinel	Redis Sentinel 監控工具	用于管理 Redis 集群的高可用性。它監控主服務器的健康狀態，并在主服務器發生故障時，自動切換到備用服務器。
/usr/bin/redis-server	Redis 服務器啟動程序	啟動 Redis 服務器實例，處理所有客戶端的請求并執行數據存儲和查詢操作。
/usr/libexec/redis-shutdown	Redis 關閉服務腳本	用于優關閉 Redis 服務器，確保數據被正確保存并釋放資源。

3.2 配置文件

/etc/redis-sentinel.conf
/etc/redis.conf

• /etc/redis.conf 是 Redis 服務器的配置文件。
• /etc/redis-sentinel.conf 是 Redis Sentinel 的配置文件。

3.3 持久化文件存儲目錄

/var/lib/redis/

Redis 持久化生產的 RDB 和 AOF ?件都默認生成于該目錄下。

3.4 日志文件目錄

/var/log/redis/

該目錄下會保存 Redis 運行期間 產生的日志文件，默認按照天數進行分割，并會將一定日期的日期文件使用gzip格式壓縮保存。

四、Redis 命令行客戶端

Redis客戶端與服務端的交互過程如下圖：

4.1 連接Redis服務器的兩種模式

1. 交互式連接（推薦用于日常操作）

連接命令格式：

redis-cli -h {host} -p {port}

典型使用場景：

• 需要連續執行多個命令
• 調試和開發環境
• 需要查看命令返回值的場景

操作示例：

$ redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379
127.0.0.1:6379> ping  # 測試連接
PONG
127.0.0.1:6379> set user:1001 "張三"  # 設置鍵值
OK
127.0.0.1:6379> get user:1001  # 獲取值
"張三"
127.0.0.1:6379> info memory  # 查看內存信息

2. 命令行模式（適合腳本調用）

命令格式：

redis-cli -h {host} -p {port} {command}

適用場景：

• Shell腳本中調用Redis命令
• 需要直接獲取命令結果的場景
• 自動化任務執行

使用示例：

$ redis-cli ping  # 測試連接
PONG
$ redis-cli set counter 100  # 設置值
OK
$ redis-cli incr counter  # 原子遞增
(integer) 101
$ redis-cli --raw get counter  # 原始格式輸出
101

4.2 連接參數簡化技巧

默認連接配置：

• 當連接本地服務器(127.0.0.1)和默認端口(6379)時，可省略參數：

redis-cli  # 等同于 redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379

常用連接選項：

參數	說明	示例
-a	認證密碼	redis-cli -a password
-n	選擇數據庫	redis-cli -n 1
–raw	原始格式輸出	redis-cli --raw get key
–stat	實時監控	redis-cli --stat

4.3 高級連接技巧

1. 批量命令執行

$ redis-cli <<EOF
SET user:1002 "李四"
EXPIRE user:1002 3600
GET user:1002
EOF

2. 管道操作（提升批量操作性能）

$ echo -e "SET key1 value1\nGET key1" | redis-cli --pipe

3. TLS安全連接（Redis 6.0+）

redis-cli --tls --cert ./redis.crt --key ./redis.key

4.4 連接問題排查

常見錯誤處理：

1. 連接拒絕：

   $ redis-cli
   Could not connect to Redis at 127.0.0.1:6379: Connection refused
   

   解決方案：

   • 確認Redis服務已啟動：ps aux | grep redis
   • 檢查防火墻設置

2. 認證失敗：

   (error) NOAUTH Authentication required
   

   解決方案：

   redis-cli -a yourpassword
   

3. 連接超時：
   解決方案：

   redis-cli -h remote_host --timeout 5