Redis 常见功能详解及 Spring Cloud 集成代码展示

Redis 常见功能详解及 Spring Cloud 集成代码展示

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一、Redis 核心功能详解

1. 数据结构与功能

数据类型	特点	适用场景
String	二进制安全	缓存、计数器、分布式锁
Hash	键值对集合	对象存储、属性更新
List	有序可重复	消息队列、最新列表
Set	无序唯一	标签系统、共同好友
Sorted Set	有序唯一	排行榜、优先级队列
Bitmap	位操作	用户签到、活跃统计
HyperLogLog	基数估算	UV 统计
Stream	消息流	事件溯源、消息队列

2. 高级特性

• 事务：MULTI/EXEC 命令组
• Lua 脚本：原子执行复杂操作
• 发布订阅：实时消息通知
• 持久化：
  • RDB：定时快照
  • AOF：记录所有写操作
• 集群模式：
  • 主从复制：读写分离
  • 哨兵模式：自动故障转移
  • Cluster：分片存储（16384 slots）

3. 典型应用场景

# 分布式锁
SET lock_key unique_value NX PX 30000

# 滑动窗口限流
ZADD requests 1640995200000 req1
ZREMRANGEBYSCORE requests -inf (1640995200000-60000)
ZCARD requests

# 排行榜
ZADD leaderboard 95 "user1"
ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES

# 布隆过滤器
BF.ADD users user123
BF.EXISTS users user123

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二、Spring Cloud 集成 Redis

1. 依赖配置

<!-- pom.xml -->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-pool2</artifactId>
</dependency>

# application.yml
spring:
  redis:
    host: redis-server
    port: 6379
    password: yourpassword
    database: 0
    lettuce:
      pool:
        max-active: 8
        max-idle: 8
        min-idle: 0
        max-wait: 1000ms

2. 基础操作模板

@Autowired
private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

// String 操作
redisTemplate.opsForValue().set("user:1001", "Alice", 30, TimeUnit.MINUTES);
String user = (String) redisTemplate.opsForValue().get("user:1001");

// Hash 操作
redisTemplate.opsForHash().put("user_profile:1001", "email", "alice@example.com");
Object email = redisTemplate.opsForHash().get("user_profile:1001", "email");

// List 操作
redisTemplate.opsForList().rightPush("notifications", "New message");
List<Object> messages = redisTemplate.opsForList().range("notifications", 0, -1);

// Set 操作
redisTemplate.opsForSet().add("user:1001:followers", "user2001", "user2002");
Set<Object> followers = redisTemplate.opsForSet().members("user:1001:followers");

3. 分布式锁实现

public boolean tryLock(String lockKey, String requestId, long expireTime) {
    return redisTemplate.execute((RedisCallback<Boolean>) connection -> {
        RedisStringCommands commands = connection.stringCommands();
        byte[] key = lockKey.getBytes();
        byte[] value = requestId.getBytes();
        Boolean result = commands.set(key, value, 
            Expiration.seconds(expireTime), 
            RedisStringCommands.SetOption.SET_IF_ABSENT
        );
        return result != null && result;
    });
}

public boolean releaseLock(String lockKey, String requestId) {
    String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] " +
                   "then return redis.call('del', KEYS[1]) " +
                   "else return 0 end";
    DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>(script, Long.class);
    Long result = redisTemplate.execute(redisScript, Collections.singletonList(lockKey), requestId);
    return result != null && result == 1;
}

4. 缓存注解使用

@Configuration
@EnableCaching
public class RedisCacheConfig {
    @Bean
    public RedisCacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory factory) {
        return RedisCacheManager.builder(factory)
            .cacheDefaults(RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig()
                .entryTtl(Duration.ofMinutes(30))
                .disableCachingNullValues())
            .build();
    }
}

@Service
public class ProductService {
    @Cacheable(value = "products", key = "#id")
    public Product getProductById(Long id) {
        // 数据库查询逻辑
    }

    @CachePut(value = "products", key = "#product.id")
    public Product updateProduct(Product product) {
        // 更新数据库
        return product;
    }

    @CacheEvict(value = "products", key = "#id")
    public void deleteProduct(Long id) {
        // 删除数据库记录
    }
}

5. 发布订阅模式

// 发布者
@Autowired
private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

public void sendMessage(String channel, String message) {
    redisTemplate.convertAndSend(channel, message);
}

// 订阅者
@Component
public class MessageSubscriber implements MessageListener {
    @Override
    public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
        String channel = new String(message.getChannel());
        String body = new String(message.getBody());
        System.out.println("Received: " + body + " from " + channel);
    }
}

// 配置订阅
@Configuration
public class RedisConfig {
    @Bean
    public RedisMessageListenerContainer container(RedisConnectionFactory factory,
                                                  MessageListenerAdapter listenerAdapter) {
        RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
        container.setConnectionFactory(factory);
        container.addMessageListener(listenerAdapter, new PatternTopic("news.*"));
        return container;
    }

    @Bean
    public MessageListenerAdapter listenerAdapter(MessageSubscriber subscriber) {
        return new MessageListenerAdapter(subscriber, "onMessage");
    }
}

6. Redisson 高级集成

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>3.17.7</version>
</dependency>

# application.yml
spring:
  redis:
    redisson:
      config: |
        singleServerConfig:
          address: "redis://redis-server:6379"
          password: "yourpassword"
          database: 0

// 分布式锁使用
@Autowired
private RedissonClient redissonClient;

public void processWithLock() {
    RLock lock = redissonClient.getLock("resourceLock");
    try {
        if (lock.tryLock(10, 60, TimeUnit.SECONDS)) {
            // 受保护的资源操作
        }
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

// 分布式集合
RSet<Object> globalSet = redissonClient.getSet("globalDataSet");
RMap<String, Object> distributedMap = redissonClient.getMap("sharedConfig");

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三、最佳实践与性能优化

1. 键值设计规范

   • 使用命名空间：业务:模块:key（如 order:payments:1001）
   • 控制 Key 长度（< 1KB）
   • 避免 BigKey（String < 10KB，集合元素 < 5000）

2. 连接池配置

   lettuce:
     pool:
       max-active: 16   # 最大连接数
       max-idle: 8      # 最大空闲连接
       min-idle: 2      # 最小空闲连接
       max-wait: 2000ms # 获取连接最大等待时间
   

3. 管道与批量操作

   List<Object> results = redisTemplate.executePipelined((RedisCallback<Object>) connection -> {
       for (int i = 0; i < 1000; i++) {
           connection.stringCommands().set(("key:" + i).getBytes(), 
                                          ("value:" + i).getBytes());
       }
       return null;
   });
   

4. 内存优化策略

   • 启用内存淘汰策略：maxmemory-policy volatile-lru
   • 使用 Hash 分片存储大对象
   • 对长文本启用压缩

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四、常见问题解决方案

1. 缓存穿透

   // 布隆过滤器解决方案
   @Component
   public class BloomFilterService {
       private static final String BLOOM_FILTER = "user_filter";
       
       @Autowired
       private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;
       
       public void addUser(String userId) {
           redisTemplate.opsForValue().setBit(BLOOM_FILTER, 
                   hash(userId) % 2^32, true);
       }
       
       public boolean mightExist(String userId) {
           return Boolean.TRUE.equals(redisTemplate.opsForValue()
                   .getBit(BLOOM_FILTER, hash(userId) % 2^32));
       }
       
       private long hash(String value) {
           return Hashing.murmur3_128().hashString(value, StandardCharsets.UTF_8).asLong();
       }
   }
   

2. 缓存雪崩

   • 策略：随机过期时间 + 热点数据永不过期

   @Cacheable(value="products", key="#id", 
              unless="#result == null",
              cacheResolver = "randomTtlCacheResolver")
   

3. 缓存一致性

   • 双写模式：先更新 DB 再删除缓存
   • 异步刷新：通过 Canal 监听 binlog 更新缓存

4. 集群模式下事务

   // 使用 Hash Tag 确保 key 在相同 slot
   redisTemplate.opsForValue().set("{user}:1001:profile", data);
   redisTemplate.opsForValue().set("{user}:1001:orders", orders);
   

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五、监控与运维

1. 关键监控指标

   • 内存使用率：used_memory
   • 命中率：keyspace_hits / (keyspace_hits + keyspace_misses)
   • 连接数：connected_clients
   • 持久化状态：rdb_last_bgsave_status

2. 常用运维命令

   # 内存分析
   redis-cli --bigkeys
   redis-cli --memkeys
   
   # 慢查询分析
   CONFIG SET slowlog-log-slower-than 10000
   SLOWLOG GET 10
   

3. Spring Boot Actuator 集成

   management:
     endpoints:
       web:
         exposure:
           include: health,metrics,redis
     metrics:
       tags:
         application: ${spring.application.name}
   

生产建议：

1. 使用 Redis 6.0+ 支持 TLS 加密传输
2. 启用 ACL 访问控制
3. 定期备份 RDB 文件到云存储
4. 使用 Redis Exporter + Prometheus + Grafana 监控体系

以上内容涵盖 Redis 核心功能和 Spring Cloud 集成方案，可根据实际需求调整实现细节。