Redis 零基礎入門到實戰教程

• Redis（Remote Dictionary Server）是一款開源、高性能、基於內存的鍵值對數據庫，支持多種數據結構，廣泛用於緩存、消息隊列、分佈式鎖等場景。本教程從基礎到實戰，幫你快速掌握 Redis 核心用法。
• 視頻教程：https://pan.quark.cn/s/10e98d308913

一、Redis 安裝與環境準備

1. 安裝方式（推薦 3 種）

（1）Windows 安裝（適合新手）

• 下載地址：Redis 官方 Windows 版本（選擇最新穩定版，如 3.2.100）
• 安裝步驟：

1. 雙擊安裝包，勾選“Add Redis to PATH”（自動配置環境變量）
2. 默認端口 6379，無需修改，直接下一步完成安裝

• 驗證：打開 CMD，輸入 redis-cli，出現 127.0.0.1:6379> 表示成功

（2）Linux 安裝（CentOS/Ubuntu）

• CentOS：

# 安裝 EPEL 源
yum install epel-release -y
# 安裝 Redis
yum install redis -y
# 啓動 Redis 並設置開機自啓
systemctl start redis
systemctl enable redis

• Ubuntu：

apt update
apt install redis-server -y
# 啓動服務
systemctl start redis-server

• 驗證：輸入 redis-cli ping，返回 PONG 表示正常

（3）Docker 安裝（推薦開發/測試環境）

# 拉取 Redis 鏡像（默認最新穩定版）
docker pull redis
# 啓動容器（映射端口 6379，設置密碼 123456）
docker run -d -p 6379:6379 --name redis-demo redis --requirepass "123456"
# 進入容器操作 Redis
docker exec -it redis-demo redis-cli -a 123456

2. 核心配置文件（redis.conf）

關鍵配置項（修改後需重啓 Redis）：

• bind 127.0.0.1：默認只允許本地訪問，生產環境需改為服務器 IP 或 0.0.0.0（允許所有地址訪問）
• port 6379：默認端口，可自定義（如 6380）
• requirepass 123456：設置密碼（生產環境必須配置）
• daemonize yes：Linux 下後台運行（默認 no，前台運行）
• maxmemory 1gb：設置最大內存（避免內存溢出，需配合淘汰策略）
• maxmemory-policy allkeys-lru：內存滿時淘汰策略（優先刪除最近最少使用的鍵）

二、Redis 核心數據結構（重點）

Redis 支持 5 種基礎數據結構，以及 HyperLogLog、Geo 等高級結構，核心是鍵（key）- 值（value） 映射，鍵都是字符串類型，值支持多種結構。

1. 字符串（String）：最基礎的鍵值對

用途：

存儲字符串、數字（計數器）、二進制數據（如圖片 Base64），是最常用的結構。

核心命令：

實戰場景：

• 緩存用户信息（set user:1001 '{"id":1001,"name":"張三"}'）
• 計數器（文章閲讀量、接口訪問次數）
• 驗證碼存儲（設置短期過期）

2. 哈希（Hash）：適合存儲對象

用途：

存儲結構化數據（如用户、商品信息），相當於“鍵值對中的鍵值對”，支持單獨修改某個字段，無需整體更新。

核心命令：

實戰場景：

• 存儲用户信息（避免字符串 JSON 解析的開銷）
• 商品詳情緩存（hset product:2001 name 手機 price 2999 stock 100）

3. 列表（List）：有序可重複的字符串集合

用途：

實現隊列、棧、消息列表（如朋友圈動態），底層是雙向鏈表，首尾操作效率極高（O(1)），中間操作效率低（O(n)）。

核心命令：

實戰場景：

• 消息隊列（rpush 生產消息，lpop 消費消息，簡單場景）
• 最新消息列表（如“最近評論”，lpush 新增，lrange 分頁查詢）
• 棧（lpush + lpop）/ 隊列（lpush + rpop）

4. 集合（Set）：無序不可重複的字符串集合

用途：

去重、交集/並集/差集計算（如共同好友、標籤篩選），底層是哈希表，查詢、添加、刪除效率均為 O(1)。

核心命令：

實戰場景：

• 用户標籤（去重存儲）
• 共同好友推薦（交集計算）
• 抽獎活動（srandmember set-key 隨機取元素，spop 隨機刪除元素）

5. 有序集合（Sorted Set/ZSet）：有序不可重複的集合

用途：

排序場景（如排行榜、熱搜榜），每個元素關聯一個分數（score），按分數自動排序，底層是“跳錶”，兼顧排序和查詢效率。

核心命令：

實戰場景：

• 文章閲讀量排行榜（分數=閲讀量，zrevrange 取Top N）
• 熱搜榜（分數=搜索次數，定時更新）
• 積分排名（用户積分作為分數）

三、Redis 高級特性

1. 過期鍵刪除策略

Redis 採用“惰性刪除 + 定期刪除”結合的策略：

• 惰性刪除：訪問過期鍵時才刪除（節省 CPU，可能浪費內存）
• 定期刪除：每隔一段時間掃描部分過期鍵（平衡 CPU 和內存）
• 配合內存淘汰策略（maxmemory-policy）：內存滿時自動刪除鍵，常用策略：

• allkeys-lru：刪除所有鍵中最近最少使用的
• volatile-lru：只刪除帶過期時間的鍵中最近最少使用的
• noeviction：默認策略，內存滿時拒絕寫操作（推薦生產環境用 allkeys-lru）

2. 持久化（避免數據丟失）

Redis 是內存數據庫，默認數據僅存於內存，重啓後丟失，需開啓持久化將數據寫入磁盤。

（1）RDB 持久化（默認開啓）

• 原理：在指定時間間隔內，將內存中的數據快照寫入磁盤（生成 .rdb 文件）
• 觸發方式：

• 自動觸發：配置文件中 save 900 1（900 秒內至少 1 個鍵修改）、save 300 10 等
• 手動觸發：save（阻塞 Redis，不推薦）、bgsave（後台異步執行，推薦）

• 優點：恢復速度快，適合備份
• 缺點：可能丟失最近一次快照後的更新數據

（2）AOF 持久化（推薦生產環境開啓）

• 原理：記錄每一條寫命令（如 set、hset），重啓時重新執行命令恢復數據
• 開啓方式：修改 redis.conf → appendonly yes，生成 .aof 文件
• 同步策略（appendfsync）：

• always：每寫一條命令同步到磁盤（最安全，性能略低）
• everysec：每秒同步一次（推薦，平衡安全和性能）
• no：由操作系統決定同步時機（性能高，風險高）

• 優點：數據丟失少（最多丟失 1 秒數據）
• 缺點：AOF 文件體積大，恢復速度比 RDB 慢

（3）最佳實踐：

• 生產環境開啓 AOF + RDB 雙持久化：AOF 保證數據安全性，RDB 用於快速恢復
• 定期備份 .rdb 和 .aof 文件，防止磁盤損壞

3. 緩存常見問題與解決方案

（1）緩存穿透

• 問題：請求不存在的鍵（如惡意查詢 user:9999，而該用户不存在），導致請求直接穿透到數據庫，壓垮數據庫
• 解決方案：

1. 緩存空值：對不存在的鍵，緩存 null 並設置短期過期時間（如 5 分鐘）
2. 布隆過濾器：提前過濾不存在的鍵（適合數據量大的場景）

（2）緩存擊穿

• 問題：某個熱點鍵過期時，大量請求同時訪問該鍵，穿透到數據庫
• 解決方案：

1. 互斥鎖：第一個請求獲取鎖，查詢數據庫並更新緩存，其他請求等待鎖釋放後查詢緩存
2. 熱點鍵永不過期：定期後台更新緩存，不設置過期時間

（3）緩存雪崩

• 問題：大量緩存鍵同時過期，或 Redis 服務宕機，導致所有請求穿透到數據庫
• 解決方案：

1. 過期時間隨機化：給每個鍵的過期時間加隨機值（如 expire key 3600 + rand(0, 600)），避免同時過期
2. 服務熔斷/限流：數據庫壓力過大時，拒絕部分請求
3. Redis 集羣：避免單點故障（後續講解）

四、Redis 集羣（高可用與擴容）

單節點 Redis 存在單點故障和內存上限問題，生產環境需部署集羣。

1. 主從複製（主從架構）

• 原理：1 個主節點（Master）+ 多個從節點（Slave），主節點負責寫操作，從節點負責讀操作，主節點數據自動同步到從節點
• 核心作用：

• 讀寫分離：減輕主節點壓力（讀請求分發到從節點）
• 容災備份：主節點故障時，從節點可切換為主節點

• 配置步驟（以 1 主 2 從為例）：

1. 準備 3 個 Redis 實例（端口 6379、6380、6381）
2. 從節點配置文件添加：slaveof 主節點IP 主節點端口（如 slaveof 127.0.0.1 6379）
3. 主節點設置密碼後，從節點需添加：masterauth 主節點密碼
4. 驗證：主節點執行 info replication，查看從節點信息

2. 哨兵模式（Sentinel）

• 問題：主從複製中，主節點故障後需手動切換從節點為主節點，不滿足高可用
• 原理：部署多個哨兵進程（Sentinel），監控主從節點，主節點故障時自動選舉新主節點，實現故障自動切換
• 核心功能：

• 監控：檢查主從節點是否正常運行
• 自動故障轉移：主節點宕機後，選舉從節點為新主，其他從節點切換到新主
• 通知：故障時通過腳本通知管理員

3. Redis Cluster（分片集羣）

• 問題：主從複製和哨兵模式無法解決“內存擴容”問題（單主節點內存有限）
• 原理：將數據分片存儲到多個主節點（默認 16384 個哈希槽），每個主節點負責一部分槽，配合從節點實現高可用
• 核心特點：

• 分片存儲：突破單節點內存限制（如 3 主 3 從，總內存是 3 個主節點內存之和）
• 自動路由：客户端請求根據鍵的哈希值自動路由到對應主節點
• 容錯性：單個主節點故障，其從節點自動切換為主節點

五、Redis 實戰案例：實現分佈式鎖

分佈式鎖是 Redis 最常用的實戰場景之一，用於解決分佈式系統中併發競爭問題（如秒殺、庫存扣減）。

核心思路：

• 利用 setnx key value 原子性：多個進程同時搶鎖，只有一個能成功（setnx 返回 1）
• 給鎖設置過期時間：防止持有鎖的進程宕機導致鎖無法釋放
• 釋放鎖時驗證 value：避免誤釋放其他進程的鎖（value 用唯一標識，如 UUID）

實現步驟（Python 示例）：

1. 安裝 Redis 客户端：pip install redis
2. 代碼實現：

import redis
import uuid
import time

# 連接 Redis
redis_client = redis.Redis(
    host="127.0.0.1",
    port=6379,
    password="123456",
    decode_responses=True  # 自動解碼為字符串
)

def acquire_lock(lock_key, expire_seconds=30):
    """獲取分佈式鎖"""
    lock_value = str(uuid.uuid4())  # 唯一標識，用於釋放鎖時驗證
    # setnx + expire 原子操作（避免設置鎖後未設置過期時間進程宕機）
    success = redis_client.set(
        name=lock_key,
        value=lock_value,
        nx=True,  # 僅當鍵不存在時設置（等價於 setnx）
        ex=expire_seconds  # 過期時間（秒）
    )
    return success, lock_value

def release_lock(lock_key, lock_value):
    """釋放分佈式鎖（驗證 value，避免誤釋放）"""
    # 用 Lua 腳本保證原子性（查詢 + 刪除必須原子執行）
    lua_script = """
        if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then
            return redis.call('del', KEYS[1])
        else
            return 0
        end
    """
    result = redis_client.eval（lua_script, 1, lock_key, lock_value)
    return result == 1

# 測試：模擬 10 個進程搶鎖
def task(thread_id):
    lock_key = "distributed_lock"
    success, lock_value = acquire_lock(lock_key)
    if success:
        print(f"線程 {thread_id} 成功獲取鎖，開始執行任務...")
        time.sleep(2)  # 模擬任務執行
        release_lock(lock_key, lock_value)
        print(f"線程 {thread_id} 釋放鎖")
    else:
        print(f"線程 {thread_id} 搶鎖失敗，稍後重試")

# 模擬併發
if __name__ == "__main__":
    import threading
    for i in range(10):
        t = threading.Thread(target=task, args=(i,))
        t.start()

關鍵注意點：

• 鎖的過期時間：需大於任務執行時間，避免任務未完成鎖已過期
• 原子性：set nx ex 是原子操作，釋放鎖必須用 Lua 腳本保證原子性
• 容錯性：如果進程持有鎖期間宕機，鎖會因過期時間自動釋放，不會死鎖

六、總結與學習資源

1. 核心要點回顧

• Redis 是基於內存的高性能鍵值數據庫，支持 5 種核心數據結構
• 重點掌握：String（緩存/計數）、Hash（對象存儲）、ZSet（排序）
• 生產環境必須配置：密碼、持久化（AOF+RDB）、內存淘汰策略、集羣（高可用）
• 避坑點：緩存穿透/擊穿/雪崩、分佈式鎖的原子性