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前言

Redis（Remote Dictionary Server），基于 C 语言开发的内存键值数据库。数据主要放在内存，所以读写性能极高，单机 QPS 可达十万级别。 很多人以为 Redis 只能做缓存，其实它能力很强：分布式锁、计数器、限流、消息队列、排行榜都可以实现。

核心特点：

1. 内存存储，高性能；
2. 单线程模型（Redis6.0 之后多线程处理 IO，命令执行依旧单线程串行）；
3. 丰富的数据结构；
4. 支持持久化，可以把内存数据落盘；
5. 支持主从复制、哨兵、集群，实现高可用。

注意：Redis 的单线程指命令执行模块单线程，网络 IO、持久化、删除大 key 等操作是多线程。

一、五种常用数据结构 + 业务场景

1. String 字符串（最基础）

底层：简单动态字符串 SDS 命令示例：

set name "zhangsan" get name incr count # 原子自增

适用场景

1. 普通缓存：用户信息、商品基础信息；
2. 计数器：文章阅读量、点赞数，incr原子操作；
3. 分布式 Session 共享；
4. 简单限流：记录用户访问次数。

坑：value 不宜过大，建议控制 10KB 以内，大 key 会影响性能。

2. List 列表

底层：双向链表（quicklist），有序，允许重复元素，可以头插、尾插。 命令：

lpush list1 a b rpop list1 lrange list1 0 -1

适用场景

1. 简单消息队列（lpush + rpop）；
2. 最新消息列表：首页最新动态；
3. 时间轴，朋友圈消息。

缺点：消息丢失、重复消费问题，生产业务消息队列优先 MQ，List 只适合简单临时场景。

3. Hash 哈希

key 对应一个 map 结构，存储多个 field-value。类似 Java 里 HashMap。

hset user:1001 name lisi age 20 hget user:1001 name hgetall user:1001

适用场景

1. 对象存储：用户信息、商品信息，只需要修改某个字段，不用整体更新；
2. 购物车：用户 id 作为 key，商品 id 为 field，数量为 value。

对比 String：如果用 String 存对象，修改单个字段需要序列化 / 反序列化整个对象；Hash 可以单独更新 field。

4. Set 集合

无序，元素不允许重复。支持交集、并集、差集。

sadd set1 a b c smembers set1 sinter set1 set2 # 交集

适用场景

1. 去重：点赞用户，保证一人只能点赞一次；
2. 共同好友（交集）；
3. 抽奖活动，随机抽取元素。

5. Sorted Set（ZSet 有序集合）

元素不可重复；每个元素带一个 score 分数，根据 score 自动排序。

zadd rank 90 tom 80 jack zrange rank 0 -1 withscores zrevrange rank 0 -1 withscores # 倒序

适用场景

1. 排行榜：直播间热度、商品销量、积分排行榜；
2. 延时任务（score 存时间戳）；
3. 带权重的队列。

二、Redis 持久化：RDB & AOF

Redis 是内存数据库，重启后内存数据丢失。持久化就是把内存数据保存到磁盘，重启恢复数据。两种方案：RDB、AOF，可以单独开启，也可以同时开启。

2.1 RDB（Redis DataBase）

RDB 是快照持久化：在某个时间点，把内存中全部数据生成一份二进制.rdb文件保存到磁盘。

触发方式

1. 手动触发：save（主线程阻塞）、bgsave（fork 子进程，后台执行，推荐）
2. 自动触发：配置文件save 900 1，900 秒至少 1 个 key 改动，则执行 bgsave。

bgsave 原理：调用 fork 创建子进程，子进程拷贝父进程内存页（写时复制 COW），子进程把数据写入 rdb 文件，主线程继续处理请求。

RDB 优点

1. 文件体积小，二进制压缩，适合做备份；
2. 恢复速度快，故障重启加载 rdb 很快；
3. fork 子进程，主线程不阻塞（bgsave）。

RDB 缺点

1. 丢失最后一次快照之后的数据：两次快照之间宕机，这段时间数据丢失；
2. fork 子进程，当数据量巨大时，fork 会短暂阻塞主线程；
3. 无法做到实时持久化。

2.2 AOF（Append Only File）

AOF：日志追加持久化。记录每一条写命令，以文本形式追加到 aof 日志文件。Redis 重启时，重新执行 AOF 里所有命令，恢复数据。

AOF 默认关闭，需要手动开启appendonly yes

AOF 刷盘策略（appendfsync）

1. always：每一条写命令都刷盘。安全性最高，几乎不丢数据；性能最差。
2. everysec（默认）：每秒刷一次磁盘。最多丢失 1 秒数据，推荐配置，平衡性能和安全。
3. no：交给操作系统自行刷盘，性能最好，丢失数据最多。

AOF 重写机制：AOF 文件持续追加，文件越来越大。Redis 自动触发 AOF Rewrite，把多条命令合并成一条，压缩 AOF 文件，不会丢失数据。重写也是 fork 子进程完成。

AOF 优点

1. 数据安全性更高，everysec 最多丢 1 秒数据；
2. 日志文本格式，可读性强。

AOF 缺点

1. 文件体积比 RDB 大很多；
2. 数据恢复速度比 RDB 慢；
3. AOF 重写也会 fork 子进程，大数据量有阻塞风险。

2.3 RDB + AOF 同时开启（生产推荐）

• Redis 重启优先加载 AOF 文件（AOF 数据更完整）；
• RDB 做冷备份，AOF 保障实时数据；

组合方案兼顾备份能力与数据安全。

三、三大缓存经典问题

3.1 缓存穿透

请求查询不存在的数据，缓存没有命中，请求全部打到数据库。大量请求压垮 DB。

解决方案：

1. 缓存空值；
2. 布隆过滤器，拦截不存在 key。

3.2 缓存击穿

热点 key 过期，大量并发请求瞬间打到数据库。

解决方案：

1. 互斥锁；
2. 热点 key 永不过期。

3.3 缓存雪崩

大量 key 在同一时间集体过期，或者 Redis 宕机；大量请求全部访问数据库，数据库压力瞬间崩溃。

解决方案：

1. 过期时间增加随机值，打散过期时间；
2. Redis 高可用（主从 + 哨兵 / 集群）；
3. 限流熔断；
4. 多级缓存。

四、生产环境最佳实践

1. 合理设计 key，规范命名，不要过长；
2. 规避大 key，大 key 读写阻塞 Redis；
3. 持久化：线上一般开启 AOF everysec + RDB 定时备份；
4. 禁止使用 keys 命令，大数据量下阻塞主线程；用 scan 代替；
5. 设置内存淘汰策略maxmemory-policy；
6. 主从、哨兵、集群保证高可用；
7. 缓存数据设置过期时间，不要无限存放。

五、面试高频问答

Q1：Redis 单线程模型怎么理解？

A：Redis 命令执行是单线程串行执行；IO、持久化等操作多线程。单线程避免锁竞争，配合内存操作，性能很高。

Q2：RDB 和 AOF 区别？

A：RDB 是时间点快照，文件小，恢复快，会丢失快照间隔数据；AOF 记录写命令日志，安全性更高，文件大，恢复慢。线上推荐两者同时开启。

Q3：五种数据结构分别适用场景？

A：String 做计数器、基础缓存；List 简单消息队列；Hash 存储对象；Set 去重、交集；ZSet 排行榜。

Q4：AOF 重写是什么？为什么需要？

A：AOF 持续追加，文件越来越大；AOF 重写合并命令，压缩日志体积，不影响原有 AOF 日志。

Q5：缓存雪崩、击穿、穿透三者区别？

A：穿透：查不存在数据；击穿：单个热点 key 过期；雪崩：大量 key 同时过期。

结语

Redis 不只是简单缓存组件，丰富的数据结构让它可以实现很多业务能力。持久化 RDB 与 AOF 是核心考点，要理解两者的取舍：RDB 适合备份，AOF 保障数据安全。同时一定要掌握缓存三大问题，这是 Redis 高频提问。

使用 Redis 最重要的是：内存数据库，做好持久化、内存控制、规避大 key。