Redis

这一课你将能做到

1. 理解 Redis 五种数据类型及使用场景
2. 用 Redis 做缓存，减少数据库压力
3. 用 Redis 实现 Session、计数器、排行榜

为什么要学

数据库查询再快，也要读硬盘、走网络。Redis 把热数据放内存，查询速度比数据库快 100 倍。登录态、验证码、热点文章、排行榜，这些高频访问的数据都适合放 Redis。

人话：Redis 是「前台快递柜」，常用包裹放这里，不用每次都跑去大仓库（数据库）。

先建立图像

传统架构：
浏览器 → 后端 → 数据库（慢，10-100ms）

加缓存：
浏览器 → 后端 → Redis（快，1ms）
              ↓（缓存未命中）
            数据库

跟着做

步骤 1：安装与启动

# macOS
brew install redis
brew services start redis

# Ubuntu
sudo apt install redis-server
sudo systemctl start redis

# 测试连接
redis-cli ping
# 返回 PONG

步骤 2：五种数据类型

# 1. String（字符串）：缓存对象、计数器
SET user:1 '{"name":"张三","age":25}'
GET user:1
INCR article:100:views      # 文章阅读量 +1
SETEX code:13800138000 300 "123456"   # 验证码，5分钟过期

# 2. Hash（哈希）：存对象字段
HSET user:1 name "张三" age 25
HGET user:1 name
HGETALL user:1

# 3. List（列表）：消息队列、最新列表
LPUSH messages "消息1"
LPUSH messages "消息2"
LRANGE messages 0 9         # 取前10条

# 4. Set（集合）：标签、去重
SADD article:100:tags "java" "redis" "后端"
SMEMBERS article:100:tags
SISMEMBER article:100:tags "java"     # 判断是否存在

# 5. Sorted Set（有序集合）：排行榜
ZADD leaderboard 95 "user:1"
ZADD leaderboard 88 "user:2"
ZADD leaderboard 92 "user:3"
ZREVRANGE leaderboard 0 9 WITHSCORES  # 前10名

步骤 3：Node.js 连接 Redis

npm install redis

const redis = require('redis');

const client = redis.createClient({
    host: 'localhost',
    port: 6379
});

client.on('error', err => console.error('Redis 错误:', err));

await client.connect();

// String 操作
await client.set('user:1', JSON.stringify({ name: '张三' }));
const user = await client.get('user:1');
console.log(JSON.parse(user));

// 设置过期时间（秒）
await client.setEx('code:13800138000', 300, '123456');

// Hash 操作
await client.hSet('user:1', 'name', '张三');
await client.hSet('user:1', 'age', '25');
const userData = await client.hGetAll('user:1');

// 计数器
const views = await client.incr('article:100:views');

步骤 4：缓存模式（Cache Aside）

const pool = require('./db');      // PostgreSQL 连接池
const client = require('./redis'); // Redis 客户端

async function getCourse(id) {
    const cacheKey = `course:${id}`;

    // 1. 先查缓存
    const cached = await client.get(cacheKey);
    if (cached) {
        console.log('缓存命中');
        return JSON.parse(cached);
    }

    // 2. 缓存未命中，查数据库
    console.log('缓存未命中，查数据库');
    const result = await pool.query('SELECT * FROM course WHERE id = $1', [id]);
    const course = result.rows[0];

    if (course) {
        // 3. 写入缓存，30 分钟过期
        await client.setEx(cacheKey, 1800, JSON.stringify(course));
    }

    return course;
}

// 更新数据时，删除缓存（而非更新缓存）
async function updateCourse(id, data) {
    await pool.query('UPDATE course SET title = $1 WHERE id = $2', [data.title, id]);
    await client.del(`course:${id}`); // 删除缓存，下次查询时重建
}

步骤 5：实战——短信验证码

// 发送验证码
app.post('/api/sms-code', async (req, res) => {
    const { phone } = req.body;
    const code = Math.floor(100000 + Math.random() * 900000).toString();

    // 存 Redis，5 分钟过期
    await client.setEx(`sms:code:${phone}`, 300, code);

    // 限制频率：1 分钟内只能发一次
    await client.setEx(`sms:limit:${phone}`, 60, '1');

    // TODO: 调用短信服务商 API
    console.log(`发送验证码 ${code} 到 ${phone}`);
    res.json({ code: 0, msg: '验证码已发送' });
});

// 校验验证码
app.post('/api/verify-code', async (req, res) => {
    const { phone, code } = req.body;

    const saved = await client.get(`sms:code:${phone}`);
    if (!saved) {
        return res.json({ code: 1, msg: '验证码已过期' });
    }
    if (saved !== code) {
        return res.json({ code: 1, msg: '验证码错误' });
    }

    // 验证成功，删除验证码（一次性）
    await client.del(`sms:code:${phone}`);
    res.json({ code: 0, msg: '验证通过' });
});

步骤 6：实战——文章排行榜

// 阅读 +1
app.post('/api/articles/:id/read', async (req, res) => {
    const { id } = req.params;
    await client.zIncrBy('article:rank', 1, `article:${id}`);
    res.json({ code: 0 });
});

// 获取前 10 热门文章
app.get('/api/articles/hot', async (req, res) => {
    const top = await client.zRangeWithScores('article:rank', 0, 9, { REV: true });
    // top: [{ value: 'article:5', score: 100 }, ...]

    const ids = top.map(item => item.value.replace('article:', ''));
    const articles = await pool.query(
        'SELECT * FROM article WHERE id = ANY($1)', [ids]
    );

    res.json({ code: 0, data: articles.rows });
});

讲清楚要点

1. Redis 是内存数据库：断电数据丢失（除非开持久化），所以不能当主数据库。
2. 五种数据类型对应五种场景：String 缓存、Hash 对象、List 队列、Set 去重、ZSet 排行榜。
3. 过期时间很重要：缓存都要设 TTL，防止内存撑爆。
4. Cache Aside 模式：读先查缓存，写删缓存。是事实标准。
5. 缓存穿透/击穿/雪崩：穿透（查不存在的数据）用布隆过滤器；击穿（热点 key 过期）用互斥锁；雪崩（大量 key 同时过期）用随机 TTL。

你可能会懵的地方

• Redis 和 Memcached 选哪个？ Redis 数据类型丰富、支持持久化；Memcached 只支持 String、纯内存。现代项目都用 Redis。

• 缓存更新用「删」还是「改」？ 用「删」。改缓存可能和数据库不一致，删缓存下次查询时重建，更简单可靠。

• Redis 持久化方式？ RDB（快照，定期保存）、AOF（追加日志，每条命令记录）。生产环境两个都开。

• 如何保证缓存和数据库一致？ 强一致很难，一般用「最终一致性」：更新数据库 → 删除缓存 → 下次查询重建。延迟双删可进一步优化。

• Redis 集群方案？ 主从复制（读写分离）、哨兵（自动故障转移）、Cluster（分片，大数据量）。

错法对照

错法	问题	正解
缓存不设过期时间	内存撑爆	所有缓存 key 都设 TTL
缓存 key 用 user:1:profile:basic:info	太长，浪费内存	简短有意义：user:1:info
更新数据时同时更新缓存	数据不一致风险	更新数据库，删除缓存
用 Redis 存重要业务数据	断电丢失	重要数据存数据库，Redis 只做缓存
缓存空结果不处理	缓存穿透	空结果也缓存，TTL 设短（如 60 秒）

卡点急救

1. 连接失败：检查 Redis 是否启动（redis-cli ping）、防火墙、密码配置。
2. 内存满：用 CONFIG GET maxmemory 查看限制，设置 maxmemory-policy allkeys-lru 自动淘汰。
3. 慢查询：用 SLOWLOG GET 10 查看慢命令，优化大 key 或复杂操作。

面试常问

• Redis 为什么快？ 纯内存操作、单线程无锁竞争、IO 多路复用、高效数据结构（SDS、跳表）。

• 单线程为什么还这么快？ 瓶颈在网络 IO 而非 CPU；单线程避免了锁竞争和上下文切换。Redis 6 引入多线程处理网络 IO，命令执行仍单线程。

• 如何实现分布式锁？ SET lock:resource random_value NX EX 30，释放锁用 Lua 脚本校验 value 再删除。RedLock 算法用于多节点。

• Redis 数据淘汰策略？ noeviction（默认，报错）、allkeys-lru（淘汰最少使用）、volatile-lru（淘汰设置 TTL 中最少使用）、allkeys-random 等。

自测三问

1. Redis 五种数据类型分别适合什么场景？
2. Cache Aside 模式的读写流程？
3. 什么是缓存穿透？如何防？

小结一句话

Redis 是内存数据库，用五种数据类型做缓存、计数器、排行榜；Cache Aside 模式保证数据一致性。

延伸

• Redis 官方文档
• 下一课：RESTful API 设计规范。