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Redis 技术深度解析
Redis 数据类型
Redis 提供了五种基础数据类型，适用于不同场景：
1. String（字符串）
- 简介：Redis 最基础数据类型，支持二进制安全存储，最大存储量为 512MB。
- 内部编码：
int：8 字节长整型。embstr：小于等于 39 字节的字符串。raw：大于 39 字节的字符串。
- 应用场景：
- 共享 session。
- 分布式锁。
- 计数器、限流。
- 注意事项：字符串操作性能较高，需根据实际数据选择最优编码方式。
2. Hash（哈希）
- 简介：存储键值对，值本身是一个键值对结构。
- 内部编码：
ziplist：压缩列表。hashtable：哈希表。
- 应用场景：缓存用户信息、统计数据等。
- 注意事项：使用
hscan 避免大规模数据查询阻塞。
3. List（列表）
- 简介：有序存储多个字符串元素，元素数量可达 (2^{32}-1)。
- 内部编码：
ziplist：压缩列表。linkedlist：链表。
- 应用场景：消息队列、文章列表等。
- 操作模式：
- 栈：
lpush + lpop。 - 队列：
lpush + rpop。 - 有限集合：
lpush + ltrim。 - 消息队列：
lpush + brpop。
4. Set（集合）
- 简介：存储多个唯一字符串元素，支持快速查询。
- 内部编码：
intset：整数集合。hashtable：哈希表。
- 应用场景：用户标签、抽奖、社交需求。
- 注意事项：使用
sscan 避免大规模数据查询阻塞。
5. Zset（有序集合）
- 简介：存储按顺序排序的唯一字符串元素。
- 内部编码：
ziplist：压缩列表。skiplist：跳跃表。
- 应用场景：排行榜、用户点赞等。
Redis 高效性分析
1. 内存存储
Redis 基于内存存储，避免了磁盘 I/O 的开销，大幅提升性能。
2. 数据结构优化
- SDS：动态字符串，支持 O(1) 长度查询。
- 跳跃表：提升查找效率，支持 O(log N) 时间复杂度。
- 合理编码：根据数据特性选择最优存储方式。
3. I/O 多路复用
Redis 使用 epoll 实现 I/O 多路复用，提高网络处理效率。
4. 虚拟内存机制
Redis 内置虚拟内存，优化内存使用，减少磁盘交换影响。
缓存相关问题
1. 缓存穿透
- 产生原因：查询不存在的数据，导致数据库压力过大。
- 解决方案：
2. 缓存雪奔
- 产生原因：大量数据同时过期，导致数据库压力剧增。
- 解决方案：均匀设置过期时间，避免集中过期。
3. 缓存击穿
- 产生原因：热点数据过期时，大量并发查询导致数据库压力。
- 解决方案：
高可用方案
1. 主从模式
- 特点：读写分离，主节点负责写操作，从节点负责读操作。
- 全量复制：通过 RDB 快照实现。
2. 哨兵模式
- 特点：自动故障转移，减少人工干预。
- 工作流程：监控主节点状态，触发故障转移。
3. 集群模式
- 特点：分布式存储，支持在线扩容。
- 插槽分配：使用 CRC16 算法，分配 16384 个插槽。
- 故障转移：通过 ping/pong 消息检测节点状态。
分布式锁
1. 实现方法
- 命令组合：
setnx + expire。 - 注意事项：
- 过期时间需客户端同步。
- 未保存持有者标识，可能导致锁被误解锁。
总结
Redis 作为高性能键值存储系统，适用于多种场景。理解其核心原理和优化策略，对于提升应用性能至关重要。通过合理选择数据类型、优化缓存机制、实现高可用方案，可以最大化 Redis 的性能优势。
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