Redis 学习路线

路线说明

• 目标读者：用过 Redis 做缓存，会 GET / SET，但说不清它为什么快、宕机会丢多少数据、缓存出问题时该怎么兜底的后端开发者。
• 前置知识：常见数据结构（哈希表、链表、跳表的概念），基本的网络 IO 模型，以及 MySQL 学习路线 里的事务概念会有帮助。
• 完成后的预期能力：能根据数据量和访问模式选择数据类型；能说明 RDB、AOF 与主从、哨兵、集群各自解决什么问题；能为击穿、雪崩、穿透、大 key、热 key 设计应对方案，并正确实现分布式锁。

路线共 5 个阶段，前一阶段是后一阶段的前置。每个阶段末尾的「自测」先自己作答，再展开参考答案对照。每篇文章前的勾选框记录你读到哪里，只保存在当前浏览器。

阶段 1：上手与线程模型

1. Redis 启动与命令行客户端：本地启动 Redis，用 redis-cli 跑通几条命令。
2. Redis 线程模型：单线程执行命令、IO 多路复用，以及 6.0 引入的多线程 IO。

自测：Redis 「单线程」指的是哪一部分？为什么单线程还能这么快？

参考答案

指执行命令的主流程是单线程的：接收请求、解析、读写数据、返回结果由一个线程完成。持久化、异步删除等由后台线程处理，6.0 以后网络读写也可以交给多个 IO 线程。

数据都在内存里，操作本身很快；用 IO 多路复用同时处理大量连接；单线程避免了加锁和线程切换。瓶颈通常在网络和内存，而不是 CPU。

阶段 2：数据结构

先看对外的五种对象，再往下看它们背后的底层编码。

1. Redis 对象专辑：String、List、Hash、Set、ZSet 与它们的使用场景。
2. 链表与压缩列表：压缩列表的紧凑布局与连锁更新问题。
3. quickList：用链表串起多个压缩列表。
4. listPack：取代压缩列表、避免连锁更新。
5. 哈希表：链式哈希与渐进式 rehash。
6. 整数集合：小整数集合的紧凑存储与升级。
7. 跳表：ZSet 为什么用跳表而不是平衡树。
8. 有序集合 ZSet 深度解析：补充，ZSet 的命令与实现全貌。
9. 列表结构实操：补充，List 命令练习。

自测：渐进式 rehash 是怎么做的？ZSet 为什么同时用跳表和哈希表？

参考答案

哈希表扩容时同时保留新旧两张表，不一次性搬完，而是在每次增删改查时顺带把一个桶迁到新表（空闲时定时任务也会迁移一部分）。迁移期间查找先查旧表再查新表，新增只写新表。

跳表按分值有序，负责范围查询和排名；哈希表按成员存分值，让 ZSCORE 这类按成员查分值的操作是 O(1)。

阶段 3：持久化与高可用

1. RDB：内存快照、bgsave 与写时复制。
2. AOF：命令日志、三种刷盘策略与 AOF 重写。
3. 主从架构：读写分离与主从拓扑。
4. 主从复制如何实现：全量同步、增量同步与复制积压缓冲区。
5. 哨兵：主观下线、客观下线与自动故障转移。
6. 切片集群：哈希槽与数据分片。

自测：appendfsync everysec 最多会丢多少数据？主从断线重连后，什么情况下只需要增量同步？

参考答案

大约 1 秒的写入：后台线程每秒执行一次 fsync，宕机时还在内核缓冲区里、没来得及刷盘的命令会丢失。

从库带着上次的复制偏移量重连，如果主库的复制积压缓冲区里还保留着这个偏移量之后的数据，就只发送缺失的部分；缓冲区已被覆盖则要全量同步。所以积压缓冲区要按断线时长和写入速度设大一些。

阶段 4：缓存实践与性能

1. 缓存过期和内存淘汰：惰性删除加定期删除，以及八种淘汰策略。
2. 缓存并发问题：击穿、雪崩与穿透：三种问题的成因与防治。
3. 缓存一致性问题：先更新数据库再删缓存，以及延迟双删。
4. 大 key：如何发现与拆分。
5. 热 key：本地缓存与多副本分散。
6. 事务：MULTI / EXEC 不支持回滚，以及 Lua 脚本。
7. 用 Redis 实现购物车：补充，用 Hash 建模的小例子。

自测：击穿和雪崩的区别是什么，各用什么办法应对？为什么推荐「先更新数据库，再删除缓存」而不是更新缓存？

参考答案

击穿是某一个热点 key 过期的瞬间，大量请求同时打到数据库，常用互斥锁重建缓存或热点 key 不设过期；雪崩是大量 key 同时过期或 Redis 整体不可用，常用过期时间加随机值、多级缓存、限流降级和集群高可用。

两个并发写更新缓存的顺序可能和更新数据库的顺序不一致，留下脏数据；而且很多缓存值需要计算，写了也不一定有人读。删除缓存让下一次读请求从数据库重新加载。先删缓存再更新数据库，则可能在两步之间被读请求把旧值写回缓存。

阶段 5：秒杀与分布式锁

1. 秒杀场景：库存预扣、Lua 原子操作与削峰。
2. Redis 分布式锁：SET NX PX、安全释放、看门狗续期与 Redisson。
3. 并发更新导致的数据覆盖以及解决方案：补充，锁之外的乐观锁和条件更新。

自测：释放锁时为什么要先比较 value 再删除，而且要用 Lua 脚本？锁过期了业务还没执行完怎么办？

参考答案

value 是加锁时生成的唯一标识。如果不比较，A 的锁过期后被 B 拿到，A 执行完会把 B 的锁删掉。比较和删除是两条命令，中间可能被打断，用 Lua 脚本才能保证原子执行。

用看门狗续期：持锁的客户端后台定时检查，业务还没结束就延长过期时间（Redisson 默认 30 秒锁，每 10 秒续一次）。客户端宕机后续期停止，锁仍会按时过期，不会死锁。