Redis 从入门到进阶

2026/11/13 · by ZHANG XING YUN · 阅读 1 次 · 3716 字 · 预计阅读 10 分钟

本文覆盖 Redis 的数据类型与命令、过期与淘汰、持久化、事务与 Lua、缓存模式、分布式锁、限流、消息队列、集群架构与运维排查。

环境：Redis 7.x、redis-cli
定位：内存数据结构服务，用于缓存、计数、协调与轻量消息

一、Redis 是什么、适合做什么

Redis 是基于内存的键值数据库，所有数据放在内存，读写为微秒级。它提供多种数据结构（字符串、哈希、列表、集合、有序集合、位图、HyperLogLog、Stream），并有持久化与主从复制能力。

适合：

场景	使用的结构
缓存热点数据	String / Hash
计数器、限流	String（`INCR`）
分布式锁	String（`SET NX PX`）+ Lua
排行榜	ZSet
去重、标签	Set
会话	Hash
消息队列	Stream / List
布隆过滤、UV 统计	Bitmap / HyperLogLog

不适合：

作为唯一数据源（内存成本高、持久化不能保证零丢失）。
复杂查询（没有 SQL，没有跨集合 JOIN）。
大 Value（单 key 过大影响性能与迁移）。

二、安装与连接

# Docker
docker run -d --name redis -p 6379:6379 \
  -v redisdata:/data \
  redis:7-alpine redis-server --appendonly yes --maxmemory 256mb --maxmemory-policy allkeys-lru

# Ubuntu
sudo apt install -y redis-server
sudo systemctl enable --now redis-server

连接：

redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379
redis-cli -u redis://:password@127.0.0.1:6379/0

程序连接串：

redis://[[用户名]:密码@]主机:端口/库号
redis://default:secret@localhost:6379/0

三、redis-cli 使用

redis-cli ping                 # PONG
redis-cli info server          # 服务器信息
redis-cli dbsize               # 当前库 key 数
redis-cli keys "user:*"        # 生产禁用（会阻塞），改用 scan
redis-cli --bigkeys            # 找出大 key
redis-cli --hotkeys            # 需开启 maxmemory-policy lfu
redis-cli monitor              # 实时命令流，调试用，生产谨慎
redis-cli slowlog get 10       # 慢查询
redis-cli --latency            # 延迟

交互式使用：

redis-cli
127.0.0.1:6379> set name 张三
OK
127.0.0.1:6379> get name
"张三"
127.0.0.1:6379> ttl name
(integer) -1

四、数据类型与命令

4.1 String

SET user:1:name "张三"
SET session:abc "token" EX 3600      # 秒级过期
SET lock:1 "1" NX PX 3000            # 不存在才设置，3 秒过期（分布式锁）
GET user:1:name
MSET a 1 b 2
MGET a b
APPEND k "suffix"
STRLEN k
INCR counter                         # 原子自增
INCRBY counter 10
DECR counter
SETNX k v                            # 不存在才设置（旧写法，建议用 SET NX）
GETSET k v                           # 设置新值并返回旧值

适用：缓存对象（JSON 串）、计数器、锁、会话 token。

4.2 Hash

HSET user:1 name 张三 age 18
HGET user:1 name
HGETALL user:1
HMGET user:1 name age
HDEL user:1 age
HINCRBY user:1 age 1
HEXISTS user:1 name
HKEYS user:1
HVALS user:1
HLEN user:1

适用：对象字段较多且需要单独更新某些字段（比整个 JSON 重新序列化更省）。

4.3 List

LPUSH queue a b c        # 左侧入队，结果是 c b a
RPUSH queue d            # 右侧入队
LPOP queue
RPOP queue
LRANGE queue 0 -1
LLEN queue
LREM queue 0 a           # 删除指定值
LTRIM queue 0 99         # 只保留前 100 个
BLPOP queue 5            # 阻塞弹出，5 秒超时（简单队列/消费者）

适用：队列、最新列表、简易消息（配合 BLPOP）。

4.4 Set

SADD tags a b c
SMEMBERS tags
SISMEMBER tags a
SREM tags b
SCARD tags
SINTER s1 s2             # 交集
SUNION s1 s2
SDIFF s1 s2
SRANDMEMBER tags 2       # 随机取
SPOP tags                # 随机弹出（抽奖）

适用：去重、标签、共同好友、抽奖。

4.5 ZSet（有序集合）

ZADD rank 100 user:1
ZADD rank 200 user:2
ZINCRBY rank 50 user:1
ZSCORE rank user:1
ZRANK rank user:1                # 从低到高排名（0 开始）
ZREVRANK rank user:1             # 从高到低
ZRANGE rank 0 9 WITHSCORES       # 前 10 名
ZREVRANGE rank 0 9 WITHSCORES
ZRANGEBYSCORE rank 100 200       # 按分数区间
ZREMRANGEBYSCORE rank 0 50       # 删除低分
ZCARD rank

适用：排行榜、延时队列（分数为时间戳）、按分数范围查询。

4.6 Bitmap、HyperLogLog、Geo

# 签到：第 5 天签到
SETBIT sign:2026-01:user1 5 1
GETBIT sign:2026-01:user1 5
BITCOUNT sign:2026-01:user1

# UV 统计（近似，误差约 0.81%）
PFADD uv:20260113 user1 user2
PFCOUNT uv:20260113

# 地理位置
GEOADD shops 116.40 39.90 shop1
GEODIST shops shop1 shop2 km
GEOSEARCH shops FROMMEMBER shop1 BYRADIUS 5 km ASC

Bitmap 适合"只有 0/1"的海量标记（签到、活跃），HyperLogLog 适合去重计数但不要求精确。

五、键管理

KEYS user:*              # 生产禁用：全量扫描会阻塞
SCAN 0 MATCH user:* COUNT 100     # 游标遍历，可分批
TYPE key
EXISTS key
DEL key
UNLINK key               # 异步删除，适合大 key
EXPIRE key 60
TTL key
PERSIST key              # 移除过期时间
RENAME k1 k2
RANDOMKEY
DBSIZE
SCAN 0 TYPE string       # 按类型扫描

SCAN 是增量遍历，可能返回重复 key，需要幂等处理。

六、过期与内存淘汰

过期策略：

惰性删除：访问时判断是否过期。
定期删除：后台周期扫描部分 key。

因此过期 key 不会立刻释放内存，内存占用可能高于预期。

内存淘汰策略（maxmemory-policy）：

策略	行为
`noeviction`	内存满时写入报错（默认）
`allkeys-lru`	所有 key 中淘汰最近最少使用（缓存首选）
`volatile-lru`	仅淘汰设置了过期时间的 key
`allkeys-random`	随机淘汰
`volatile-ttl`	优先淘汰即将过期的
`allkeys-lfu`	淘汰访问频率最低的（4.0+）

配置：

maxmemory 256mb
maxmemory-policy allkeys-lru

不设置 maxmemory 时，Redis 会一直用内存直到被系统 OOM 杀掉。作为缓存使用时必须设置上限。

七、持久化：RDB 与 AOF

方式	原理	优点	缺点
RDB	定时生成内存快照	文件小、恢复快	两次快照之间宕机会丢数据
AOF	追加写命令日志	丢数据少（可配 everysec）	文件大、恢复慢
混合	AOF 重写时带 RDB 头	兼顾两者	配置略复杂

# redis.conf
save 900 1
save 300 10
save 60 10000

appendonly yes
appendfsync everysec

appendfsync 取值：

always：每条命令都 fsync，最安全但最慢。
everysec：每秒 fsync，最多丢 1 秒（推荐）。
no：交给操作系统，可能丢较多数据。

手动操作：

BGSAVE            # 后台生成 RDB
BGREWRITEAOF      # 重写 AOF

即使同时开启 RDB 与 AOF，也不能保证零丢失。需要强一致的数据应落库，Redis 只做缓存或可重建数据。

八、事务、Lua 与原子性

8.1 MULTI / EXEC

MULTI
SET a 1
INCR a
EXEC

特点：

命令入队后一次性执行，中间不会被其它客户端插入。
不支持回滚：某条命令运行时报错，其它命令仍会执行。
WATCH 实现乐观锁：

WATCH balance
val = GET balance
MULTI
SET balance <val - 10>
EXEC               # 期间 balance 被改过则 EXEC 返回 nil

8.2 Lua 脚本

EVAL "return redis.call('get', KEYS[1])" 1 mykey

# 释放锁：值匹配才删除
EVAL "if redis.call('get',KEYS[1])==ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end" 1 lock:1 token

Lua 脚本的保证：

执行期间不会被其它命令打断（原子）。
适合"读-判断-写"的组合操作。

注意：脚本中不要写死 key（集群模式需要 key 在同一槽），复杂逻辑容易阻塞，单脚本执行时间应控制在毫秒级。

九、发布订阅

# 订阅
SUBSCRIBE news
PSUBSCRIBE news.*

# 发布
PUBLISH news "hello"

特点：fire-and-forget，订阅者不在线就收不到，没有持久化与确认。需要可靠投递时用 Stream 或专业消息队列。

十、管道与批量

管道（pipeline）把多条命令一次性发送，减少网络往返：

redis-cli --pipe < commands.txt

// Node（ioredis）
const pipeline = redis.pipeline();
pipeline.set("a", 1);
pipeline.incr("a");
const results = await pipeline.exec();

与事务的区别：管道只是批量发送，不保证原子性；MULTI/EXEC 才保证不被插入。批量操作还可使用 MSET、MGET、HMSET 等原生命令。

十一、缓存模式与常见问题

11.1 Cache-Aside（旁路缓存）

读：查缓存 → 未命中 → 查库 → 回写缓存 → 返回
写：更新库 → 删除缓存

这是最常用的模式。要点：

写操作先更新数据库，再删除缓存，不要直接改缓存。
删除失败时要有补偿（重试、延迟双删、消息队列）。
缓存必须设置 TTL 兜底。

11.2 三个经典问题

问题	现象	处理
缓存穿透	查不存在的数据，每次都打数据库	缓存空值（短 TTL）、布隆过滤器、参数校验
缓存击穿	热点 key 过期瞬间大量请求打到数据库	互斥锁重建、逻辑过期、永不过期 + 后台刷新
缓存雪崩	大量 key 同时过期或 Redis 宕机	TTL 加随机偏移、多级缓存、限流降级、哨兵/集群

11.3 key 规范

业务:实体:标识     user:1001  order:20260113:1001

长度适中，避免超长 key。
不要用用户输入原文拼 key（注入、超长）。
同一业务的 key 前缀一致，便于统计与清理。

十二、分布式锁

# 加锁：不存在才设置，带过期时间
SET lock:order:1001 <token> NX PX 5000

# 解锁：值匹配才删除（避免删别人的锁）
EVAL "if redis.call('get',KEYS[1])==ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end" 1 lock:order:1001 <token>

必须满足的三个条件：

加锁与设置过期是同一条命令（SET NX PX），不能分两步。
释放时校验 token（Lua 原子判断）。
过期时间要大于业务最长耗时，必要时续期（watchdog）。

局限：

Redis 主从异步复制，主节点宕机可能丢锁（Redlock 也解决不了强一致场景）。
对一致性要求极高的场景（如扣款）应使用数据库行锁或分布式协调服务。

十三、限流与计数

固定窗口：

INCR rate:127.0.0.1:202601131000
EXPIRE rate:127.0.0.1:202601131000 60 NX

滑动窗口（ZSet）：

ZADD rate:127.0.0.1 <timestamp> <uuid>
ZREMRANGEBYSCORE rate:127.0.0.1 0 <timestamp-60000>
ZCARD rate:127.0.0.1

令牌桶可用 Lua 实现。固定窗口实现简单，但窗口边界会出现双倍突发。

十四、排行榜与集合运算

ZADD rank 1200 user:1
ZADD rank 1800 user:2
ZINCRBY rank 100 user:1
ZREVRANGE rank 0 9 WITHSCORES          # 前 10
ZREVRANK rank user:1                    # 名次

周榜/月榜：按周期生成不同 key（rank:2026w03），并设置过期时间。跨集合运算用 ZUNIONSTORE / SUNIONSTORE。

十五、Stream 消息队列

# 生产
XADD events * type order.created orderId 1001

# 消费（自动确认）
XREADGROUP GROUP g1 c1 COUNT 10 STREAMS events >

# 创建消费组
XGROUP CREATE events g1 $ MKSTREAM

# 确认
XACK events g1 <id>

# 查看待处理
XPENDING events g1

# 认领超时未确认的消息
XCLAIM events g1 c2 60000 <id>

Stream 相比 List 的优势：消费组、消息确认、失败重试、待处理列表。适合轻量事件流；需要复杂路由与持久化保证时用 Kafka/RabbitMQ。

十六、主从、哨兵与集群

架构	能力	适用
单机	无冗余	本地开发
主从复制	读写分离、备份	读多写少
哨兵 Sentinel	自动故障转移	中小规模生产
Cluster	分片、水平扩展	大数据量、高并发

主从配置：

# 从节点
replicaof 10.0.0.1 6379
masterauth <password>

哨兵至少要三个节点才能可靠投票。Cluster 的数据按 16384 个槽分片，多 key 操作要求 key 在同一槽（可用 hash tag：{user1}:name 与 {user1}:age 同槽）。

十七、监控与排查

INFO                    # 全量信息
INFO memory             # used_memory / maxmemory / fragmentation_ratio
INFO stats              # 命中率 keyspace_hits / keyspace_misses
INFO replication        # 主从状态
INFO clients            # 连接数
SLOWLOG GET 10
LATENCY DOCTOR
MEMORY USAGE key
MEMORY DOCTOR
CLIENT LIST

关键指标：

指标	关注点
命中率	`keyspace_hits / (hits + misses)`，低于 90% 需检查 key 设计
内存碎片率	`mem_fragmentation_ratio` 大于 1.5 考虑重启或 `activedefrag`
连接数	接近 `maxclients` 时新连接被拒
慢查询	`SLOWLOG` 中耗时超过 10ms 的命令
阻塞命令	`KEYS`、`FLUSHALL`、大 key 的 `DEL`

大 key 处理：用 UNLINK 异步删除；拆分大 Hash/List；避免 KEYS *。

十八、安全配置

requirepass <强密码>
bind 127.0.0.1 10.0.0.5
protected-mode yes
rename-command FLUSHALL ""
rename-command CONFIG ""

绝不要把 6379 暴露到公网（未授权访问是常见入侵入口）。
使用 ACL 按应用最小权限：

ACL SETUSER app on >password ~app:* +@read +@write -@admin
ACL LIST
ACL WHOAMI

十九、常见错误

错误	原因	处理
`NOAUTH Authentication required`	未认证	连接时带密码，或先 `AUTH`
`WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value`	key 类型冲突	检查 key 命名，避免不同类型共用前缀
`OOM command not allowed`	达到 maxmemory 且策略为 noeviction	调整策略或扩容
`ERR max number of clients reached`	连接数耗尽	检查连接泄漏、调大 `maxclients`、加连接池
`MISCONF Redis is configured to save RDB snapshots...`	RDB 写入失败	检查磁盘空间与权限
`CROSSSLOT Keys in request don't hash to the same slot`	集群模式下多 key 不同槽	用 hash tag 归并
读取 `nil` 但 key 存在	存的是空字符串/序列化问题	检查写入逻辑
内存不降	过期 key 未回收、碎片	`MEMORY DOCTOR`、`activedefrag`

二十、FAQ

Q1：Redis 能做数据库吗？

技术上可以（开 AOF + 主从），但成本高、查询能力弱。定位应为缓存与协调层，数据源放在关系库或文档库。

Q2：KEYS * 为什么不能用？

单线程执行，会遍历全部 key 并阻塞其它请求。用 SCAN 游标遍历。

Q3：DEL 大 key 卡住怎么办？

用 UNLINK 异步删除；或拆分 big key。

Q4：SETNX + EXPIRE 为什么不行？

两步不是原子的，中间崩溃会导致锁永不过期。用 SET key value NX PX ms。

Q5：缓存和数据库不一致怎么办？

先更新库再删缓存，失败重试；关键数据用短 TTL；读多写少场景可接受短暂不一致。

Q6：多 key 操作在集群下报错？

Cluster 要求同槽，用 {tag}:key 让相关 key 落同一槽。

Q7：maxmemory 设了还是被 OOM 杀？

可能未设置淘汰策略（noeviction），或内存碎片导致实际占用超限。检查 used_memory 与 used_memory_rss。

Q8：持久化开哪个？

缓存场景可只开 RDB；需要少丢数据时开 AOF everysec；两者同开时重启优先加载 AOF。

Q9：Redis 单线程为什么快？

操作在内存、无磁盘 IO、无锁竞争、网络用多路复用。6.0 起网络 IO 可多线程，但命令执行仍是单线程。

Q10：生产用哨兵还是集群？

数据量能在单机内存内、只需高可用 → 哨兵；数据量或写入超过单机 → 集群。

附录：命令速查

# 连接
redis-cli -h host -p port -a password
AUTH password
SELECT 0
PING

# String
SET k v [EX s] [PX ms] [NX|XX]
GET k   MGET k1 k2   MSET k1 v1 k2 v2
INCR k  INCRBY k n  DECR k
APPEND k v  STRLEN k  GETSET k v

# Hash
HSET h f v [f v ...]   HGET h f   HGETALL h   HDEL h f
HINCRBY h f n   HKEYS h   HVALS h   HLEN h   HEXISTS h f

# List
LPUSH l v   RPUSH l v   LPOP l   RPOP l   LRANGE l 0 -1
LLEN l   LREM l 0 v   LTRIM l 0 99   BLPOP l 5

# Set
SADD s v   SMEMBERS s   SISMEMBER s v   SREM s v   SCARD s
SINTER s1 s2   SUNION s1 s2   SPOP s

# ZSet
ZADD z score member   ZINCRBY z n m   ZSCORE z m
ZRANGE z 0 -1 [WITHSCORES]   ZREVRANGE z 0 9   ZRANK z m
ZREMRANGEBYSCORE z min max   ZCARD z

# 键
EXISTS k   TYPE k   DEL k   UNLINK k
EXPIRE k s   TTL k   PERSIST k
SCAN 0 MATCH pattern COUNT 100

# 其他结构
SETBIT b off val   BITCOUNT b
PFADD hll v   PFCOUNT hll
GEOADD g lon lat m   GEOSEARCH ...

# 管理
INFO [section]   DBSIZE   SLOWLOG GET 10
BGSAVE   BGREWRITEAOF   LASTSAVE
MEMORY USAGE k   MEMORY DOCTOR
CLIENT LIST   CLIENT KILL ID id
CONFIG GET maxmemory   CONFIG SET maxmemory 512mb
ACL SETUSER / ACL LIST