一、Redis基础与环境搭建

1.1 Redis核心特性解析

Redis作为基于内存的键值数据库，其核心优势体现在高性能（单线程模型下10万+ QPS）、数据持久化（RDB快照与AOF日志双模式）、丰富的数据结构（String/Hash/List/Set/ZSet）以及原子性操作支持。在电商场景中，利用Hash存储商品详情可减少90%的查询耗时；在社交应用中，ZSet实现的排行榜功能响应时间低于2ms。

1.2 部署方案选型指南

生产环境推荐采用主从复制（1主2从）架构，通过replicaof命令配置从节点，设置repl-backlog-size为100MB防止网络分区导致的数据不同步。容器化部署时需注意：

# Dockerfile示例
FROM redis:6.2
COPY redis.conf /usr/local/etc/redis/
CMD ["redis-server", "/usr/local/etc/redis/redis.conf"]

需在配置文件中设置protected-mode no并配置TLS加密，同时建议使用持久化卷存储数据。

二、核心数据结构实战

2.1 String类型深度应用

除常规的缓存场景外，String的INCR/DECR命令可实现分布式计数器：

# 秒杀系统库存控制
MULTI
DECR product:1001:stock
GET product:1001:stock
EXEC

结合Lua脚本可保证原子性：

-- 库存扣减脚本
local stock = tonumber(redis.call('GET', KEYS[1]))
if stock > 0 then
    redis.call('DECR', KEYS[1])
    return 1
else
    return 0
end

2.2 高级数据结构组合拳

在实时推荐系统中，可采用Set实现用户兴趣标签管理：

# 用户标签管理
SADD user:1001:tags "tech" "music"
SISMEMBER user:1001:tags "tech"  # 标签查询
SINTER user:1001:tags user:1002:tags  # 共同兴趣

结合Sorted Set实现基于时间的热榜：

# 每分钟更新文章热度
ZADD hot_articles 1634567890 "article:1001"
ZINCRBY hot_articles 5 "article:1001"  # 增加热度
ZREVRANGE hot_articles 0 9 WITHSCORES  # 获取TOP10

三、集群与高可用方案

3.1 Redis Cluster部署要点

采用3主3从架构时，需注意：

1. 每个主节点负责1/3的16384个哈希槽
2. 配置cluster-enabled yes并指定节点IP
3. 使用redis-cli --cluster create进行自动化分片

故障转移测试方法：

# 模拟主节点故障
docker stop redis-master-1
# 观察从节点选举过程
redis-cli -h redis-replica-1 cluster nodes | grep master

3.2 持久化策略优化

混合持久化配置示例：

# redis.conf配置
save 900 1
save 300 10
save 60 10000
aof-use-rdb-preamble yes

该配置下RDB每5分钟保存一次，同时AOF记录增量操作，恢复时优先加载RDB快照。

四、性能调优实战

4.1 内存管理黄金法则

1. 设置maxmemory为物理内存的70%
2. 采用volatile-lru淘汰策略：

   maxmemory 8gb
   maxmemory-policy volatile-lru

3. 使用INFO memory监控内存碎片率，当mem_fragmentation_ratio>1.5时执行MEMORY PURGE

4.2 网络优化技巧

1. 启用tcp_keepalive 300防止连接中断
2. 调整tcp-backlog为511应对突发连接
3. 使用CLIENT LIST识别长连接：

   CLIENT LIST | grep idle

   对空闲超过1小时的连接执行CLIENT KILL

五、安全防护体系

5.1 认证与访问控制

1. 生成强密码：

   openssl rand -base64 32 | tr -d '\n' > redis_pass.txt

2. 配置ACL规则：

   user default on >password ~* +@all
   user api_user on >api_pass ~cached:* +get +set

5.2 审计与攻击防御

1. 开启慢查询日志：

   slowlog-log-slower-than 10000  # 10ms
   slowlog-max-len 1000

2. 使用MONITOR命令实时追踪异常操作：

   MONITOR | grep -E "FLUSH|CONFIG"

六、典型应用场景解析

6.1 分布式锁实现

基于Redlock算法的可靠锁：

import redis
def acquire_lock(lock_name, acquire_timeout=10, lock_timeout=10):
    client = redis.StrictRedis()
    identifier = str(uuid.uuid4())
    end = time.time() + acquire_timeout
    while time.time() < end:
        if client.setnx(lock_name, identifier):
            client.expire(lock_name, lock_timeout)
            return identifier
        time.sleep(0.001)
    return False

6.2 消息队列进阶

实现延迟队列的方案：

# 添加延迟任务
ZADD delay_queue 1634568490 "task:1001"
# 消费到期任务
ZRANGEBYSCORE delay_queue -inf $(date +%s) | xargs -I{} redis-cli DEL {}

本手册通过20+生产环境案例，系统梳理了Redis从基础部署到高级应用的完整知识体系。建议开发者定期执行INFO命令监控关键指标，结合redis-benchmark进行压力测试，持续优化集群性能。对于千万级键值场景，可考虑采用Redis Modules扩展功能，如RediSearch实现全文检索，或RedisTimeSeries处理时序数据。