Redis基础入门

1. 认识 Redis

1.1 Redis是什么

Redis（Remote Dictionary Server，远程字典服务）是一个开源的、基于内存的、支持持久化的键值对（Key-Value）存储系统。它通常被归类为 NoSQL 数据库、缓存和消息中间件。
基于内存 是其高性能的主要原因，数据主要存储在内存中，读写速度极快。键值对是其基本数据模型，但 Value 支持多种复杂数据结构，这使其远超简单的键值存储。

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1.2 核心特点

1. 极致性能
   数据操作主要在内存中完成，配合高效的底层数据结构（如跳跃表、哈希表）和单线程架构（避免上下文切换和竞争条件），使其能达到每秒数十万次的读写性能。
2. 丰富的数据结构
   不仅是简单的字符串（String），还支持列表（List）、集合（Set）、有序集合（Sorted Set）、哈希（Hash）、位图（Bitmap）等。这使得开发者可以直接在数据库层完成复杂逻辑，减少应用代码的复杂性。
3. 功能完备
   • 持久化：支持 RDB（快照）和 AOF（日志）两种方式将内存数据保存到磁盘，防止数据丢失。
   • 高可用与复制：通过 Redis Sentinel（哨兵）实现自动故障转移，保证服务高可用；通过主从复制实现数据备份和读写分离。
   • 事务：支持简单的事务操作，保证一系列命令的原子性执行。
   • 发布/订阅（Pub/Sub）：提供消息发布订阅功能，可用于简单的消息队列场景。
   • Lua 脚本：支持执行 Lua 脚本，实现复杂的原子操作。
4. 单线程与原子性
   Redis 的核心网络请求处理模块是单线程的，任何命令操作都是原子性的，无需担心并发问题，简化了开发。

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1.3 典型应用场景

应用场景	说明与举例
缓存（Cache）	最主要、最经典的应用。将热点数据（如数据库查询结果、页面片段）存放在 Redis 中，极大减轻后端数据库的压力，提升应用响应速度。例如：电商网站的商品信息、社交媒体的用户动态。
会话存储（Session Storage）	在分布式或微服务架构中，将用户登录会话（Session）集中存储在 Redis 中，实现多台应用服务器共享会话，解决状态同步问题。
排行榜/计数器	利用有序集合（Sorted Set） 可以轻松实现实时排行榜，如游戏积分榜、商品销量榜。利用 INCR/DECR 命令实现原子性的计数器，如文章阅读量、点赞数。
消息队列（Message Queue）	利用列表（List） 的阻塞弹出操作（BLPOP/BRPOP或发布/订阅（Pub/Sub）功能，可以实现轻量级的消息队列、异步任务处理，缓解系统高峰期压力。
布式锁（Distributed Lock）	在分布式系统中，利用Redis的 SETNX（Set if not exists）命令可以实现简单的分布式锁，用于控制多个进程对共享资源的并发访问。

注意：

• 数据容量：由于数据存储在内存中，成本较高，不适合存储超大规模（如 TB 级别）的冷数据。
• 持久化权衡：RDB 持久化可能丢失最后一次快照后的数据，AOF 持久化会影响写入性能，需要根据业务场景进行配置和权衡。

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2. 安装与配置

2.1 在Linux上安装 Redis

这里介绍两种最常用的安装方法：使用包管理器安装（简单快捷，适合大多数用户）和编译源码安装（能获取最新版本，更灵活），Linux以 Ubuntu/Debian 为例。

2.1.1 方法一：使用包管理器安装

1. 更新软件包列表

sudo apt update

2. 安装Redis

sudo apt install redis-server

这个命令会自动安装 Redis 服务器及其依赖项，并将其配置为系统服务。

3. 运行Redis

# 检查运行状态
sudo systemctl status redis-server
# 启动 Redis 服务
sudo systemctl start redis-server
# 停止 Redis 服务
sudo systemctl stop redis-server
# 重启 Redis 服务（修改配置后常用）
sudo systemctl restart redis-server
# 设置开机自动启动
sudo systemctl enable redis-server

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2.1.2 方法二：编译源码安装

1. 安装编译依赖

sudo apt update
sudo apt install build-essential tcl

2. 下载并解压源码（访问 Redis.io 获取最新稳定版链接）

wget https://download.redis.io/redis-stable.tar.gz
tar -xzvf redis-stable.tar.gz
cd redis-stable

3. 编译与安装

make
sudo make install

编译成功后，Redis 的可执行文件（如 redis-server, redis-cli）会被安装到 /usr/local/bin/ 目录下。

4. 运行Redis

• 前台直接启动（适用于测试）

redis-server

Redis 服务器将在当前终端前台运行，所有日志信息会直接打印在屏幕上。按 Ctrl + C 即可停止服务。

• 使用配置文件后台启动

# 复制配置文件（建议）
sudo mkdir -p /etc/redis
sudo cp redis.conf /etc/redis/

# 编辑配置文件，将 daemonize 参数改为 yes，使其在后台运行
sudo nano /etc/redis/redis.conf
# 找到 daemonize no 这一行，将其修改为：daemonize yes
# 指定配置文件启动
redis-server /etc/redis/redis.conf
# 停止后台运行的 Redis
# 首先找到进程号（PID）
ps aux | grep redis-server
# 然后使用 命令结束进程
kill PID
# 或者使用redis-cli命令安全关闭
redis-cli shutdown 

5. 配置为系统服务
   为了方便管理，可以手动为源码安装的Redis创建 systemd 服务文件
   （1）创建服务文件：sudo nano /etc/systemd/system/redis.service
   （2）创建用户：sudo adduser --system --group --no-create-home redis
   （3） 输入以下内容（可能需要根据您的实际路径调整）

[Unit]
Description=Redis In-Memory Data Store
After=network.target

[Service]
ExecStart=/usr/local/bin/redis-server /etc/redis/redis.conf
ExecStop=/usr/local/bin/redis-cli shutdown
Restart=always
User=redis
Group=redis
RuntimeDirectory=redis
RuntimeDirectoryMode=0755

[Install]
WantedBy=multi-user.target

（3）重新加载 systemd 并启用服务

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start redis
sudo systemctl enable redis

之后就可以systemctl 命令来管理了。

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2.2 使用 Redis 命令行客户端

1. 连接服务器：

# 连接本地默认服务器（127.0.0.1:6379）
redis-cli
# 连接远程服务器或指定端口
redis-cli -h your_host -p your_port -a your_password

2. 进行基本操作

# 设置一个键值对
SET mykey "Hello, Redis!"

# 获取键对应的值
GET mykey

# 判断键是否存在
EXISTS mykey

# 删除一个键
DEL mykey

# 查看所有键（生产环境慎用，数据量大时可能阻塞服务）
KEYS *

# 使用完后，退出客户端
QUIT

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2.3 主配置文件 redis.conf

Redis 的配置非常灵活，几乎全部通过 redis.conf 文件管理。理解关键参数是进行生产环境配置的基础。
配置文件位置：通常位于 /etc/redis/redis.conf（包管理器安装）或解压目录的根目录（源码安装）。
配置文件修改后需要重新Redis生效配置: sudo systemctl restart redis-server。
redis.conf重要参数：

参数	默认值/示例	说明
port	6379	Redis 服务器监听的端口号。
bind	127.0.0.1	允许连接的 IP 地址。127.0.0.1 表示仅允许本地连接。如需远程连接，需改为 0.0.0.0（允许所有IP）或指定IP，但这会带来安全风险，必须设置密码。
daemonize	no	是否以守护进程（后台）方式运行。改为 yes 即可后台运行。
requirepass	foobared	连接密码。默认被注释（即无密码）。生产环境必须设置强密码。
dir	./	工作目录，RDB 持久化文件和 AOF 文件会写入这个目录。通常改为 /var/lib/redis。
dbfilename	dump.rdb	RDB 持久化数据文件的名称。
appendonly	no	是否开启 AOF 持久化模式。yes 为开启，能提供更好的持久化保证。
appendfilename	appendonly.aof	AOF 持久化文件的名称。

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3. 五大核心数据结构与命令

3.1 String（字符串）

特点：最基本的数据类型，一个 Key 对应一个 Value。Value 不仅是字符串，也可以是数字（整数或浮点数）甚至是二进制数据（如图片序列化），最大容量为 512MB。

常用命令：

命令	语法	描述	示例
SET	SET key value [EX seconds] [PX milliseconds]	设置键值对，可设置过期时间。	SET username "zhangsan" EX 3600 （设置用户名，1小时后过期）
GET	GET key	获取指定 Key 的值。	GET username → "zhangsan"
INCR	INCR key	将 Key 中储存的数字值增一。原子性操作。	SET views 10 INCR views → 11
DECR	DECR key	将 Key 中储存的数字值减一。原子性操作。	DECR stock
MSET	MSET key1 value1 key2 value2 ...	同时设置多个键值对。	MSET k1 v1 k2 v2
MGET	MGET key1 key2 ...	同时获取多个 Key 的值。	MGET k1 k2 → 1) "v1" 2) "v2"
STRLEN	STRLEN key	返回 Key 所储存的字符串值的长度。	STRLEN username → 8

应用场景：

• 缓存：缓存数据库查询结果、页面片段。
• 计数器：文章阅读量、用户点赞数、网站访问量。
• 分布式 Session：存储用户登录凭证。
• 存储小规模二进制数据。

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3.2 List（列表）

特点：一个有序的字符串列表，元素可以重复。按照插入顺序排序，可以在列表的头部（左边）或尾部（右边）进行添加或删除操作，底层实现是双向链表。

常用命令：

命令	语法	描述	示例
LPUSH	LPUSH key element [element ...]	将一个或多个值插入到列表头部（左边）。	LPUSH tasks "task1"
RPUSH	RPUSH key element [element ...]	将一个或多个值插入到列表尾部（右边）。	RPUSH tasks "task5"
LPOP	LPOP key	移除并返回列表的头部（第一个）元素。	LPOP tasks → "task1"
RPOP	RPOP key	移除并返回列表的尾部（最后一个）元素。	RPOP tasks → "task5"
LRANGE	LRANGE key start stop	返回列表中指定区间内的元素，0 表示第一个元素，-1 表示最后一个元素。	LRANGE tasks 0 -1 （获取所有元素） LRANGE tasks 0 2 （获取前3个元素）
LLEN	LLEN key	获取列表长度。	LLEN tasks

应用场景：

• 消息队列：使用 LPUSH（生产消息）和 BRPOP（阻塞式消费消息）实现。
• 最新列表：如朋友圈时间线、最新新闻，用 LPUSH 加入新元素，用 LTRIM 限制长度。
• 记录操作日志。

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3.3 Hash（哈希表）

特点：一个 String 类型的 Field 和 Value 的映射表，特别适合用于存储对象。可以将一个 Hash 结构理解为关系型数据库中的一行数据。

常用命令：

命令	语法	描述	示例（存储用户信息）
HSET	HSET key field value [field value ...]	设置哈希表中一个或多个字段的值。	HSET user:1001 name "Alice" age 30
HGET	HGET key field	获取哈希表中指定字段的值。	HGET user:1001 name → "Alice"
HGETALL	HGETALL key	获取哈希表中所有字段和值。	HGETALL user:1001 → 1) "name" 2) "Alice" 3) "age" 4) "30"
HMSET	HMSET key field value [field value ...]	已弃用，HSET 已具备相同功能。	同 HSET
HDEL	HDEL key field [field ...]	删除哈希表中的一个或多个字段。	HDEL user:1001 age
HKEYS	HKEYS key	获取哈希表中的所有字段名。	HKEYS user:1001 → 1) "name"
HLEN	HLEN key	获取哈希表中字段的数量。	HLEN user:1001 → 1

应用场景：

• 存储对象：用户信息、商品信息、配置信息等。比将对象序列化成 JSON 字符串更灵活，可以单独修改某个字段。

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3.4 Set（集合）

特点：String 类型的无序集合，集合成员是唯一的，不允许重复。支持丰富的集合运算，如交集、并集、差集。

常用命令：

命令	语法	描述	示例
SADD	SADD key member [member ...]	向集合添加一个或多个成员。	SADD tags "java" "redis" "python"
SMEMBERS	SMEMBERS key	返回集合中的所有成员。	SMEMBERS tags → 1) "java" 2) "python" 3) "redis" （无序）
SISMEMBER	SISMEMBER key member	判断 member 元素是否是集合 key 的成员。	SISMEMBER tags "java" → 1 （表示存在）
SINTER	SINTER key1 [key2]	返回所有给定集合的交集。	SINTER user:1001:tags user:1002:tags （求用户1001和1002的共同标签）
SUNION	SUNION key1 [key2]	返回所有给定集合的并集。	SUNION user:1001:tags user:1002:tags
SREM	SREM key member [member ...]	移除集合中一个或多个成员。	SREM tags "python"
SCARD	SCARD key	获取集合的成员数。	SCARD tags → 2

应用场景：

• 标签系统：给用户、文章打标签。
• 共同好友/关注：求两个用户的共同好友。
• 抽奖/随机推荐：使用 SRANDMEMBER 随机获取元素。
• 数据排重：确保数据唯一性。

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3.5 Sorted Set（有序集合 / ZSet）

特点：与 Set 类似，也是 String 类型元素的集合，且不允许重复。但每个元素都会关联一个 double 类型的分数（Score）。Redis 正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。成员是唯一的，但分数可以重复。

常用命令：

命令	语法	描述	示例（游戏排行榜）
ZADD	ZADD key [NX|XX] [CH] [INCR] score member [score member ...]	向有序集合添加一个或多个成员，或更新已存在成员的分数。 NX 仅添加新成员，不更新已存在的成员 与 XX 互斥 XX 仅更新已存在的成员，不添加新成员 与 NX 互斥 CH 返回被更改（新添加或更新）的成员数量 默认只返回新添加数量 INCR 将 ZADD 的行为改为类似 ZINCRBY，即增加分数 此时只能指定一个分数-成员对	ZADD leaderboard 1000 "Alice" 800 "Bob"
ZRANGE	ZRANGE key start stop [WITHSCORES]	通过索引区间返回有序集合指定区间内的成员（低分到高分）。	ZRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES （查看整个排行榜） ZRANGE leaderboard 0 2 （查看前三名）
ZREVRANGE	ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]	返回有序集中指定区间内的成员，通过索引，分数从高到低。常用于排行榜。	ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES （查看得分最高的前三名）
ZRANK	ZRANK key member	返回指定成员的排名（从 0 开始），按分数从低到高。	ZRANK leaderboard "Bob" → 0 （排名第一，因为分数最低）
ZREVRANK	ZREVRANK key member	返回指定成员的排名（从 0 开始），按分数从高到低。	ZREVRANK leaderboard "Alice" → 0 （排名第一，因为分数最高）
ZSCORE	ZSCORE key member	返回指定成员的分数。	ZSCORE leaderboard "Alice" → "1000"
ZINCRBY	ZINCRBY key increment member	为指定成员的分数增加增量 increment。原子性操作。	ZINCRBY leaderboard 50 "Bob" （Bob 得分增加 50）

应用场景：

• 排行榜：游戏积分榜、热搜榜、销量榜。
• 带权重的队列：分数代表优先级。
• 范围查找：如处理价格区间、时间线数据。