Redis 缓存设计与高可用¶

本目录将 Redis 核心知识点拆分为独立文件，便于按需学习和复习。

知识点目录¶

序号	文件	内容概要
01	数据结构与底层编码	String/Hash/List/Set/ZSet 五种数据结构、底层编码切换原理、跳表 vs 红黑树
02	持久化机制 RDB 与 AOF	RDB 快照、AOF 追加日志、混合持久化、持久化方案选型
03	缓存三大问题	缓存穿透（布隆过滤器）、缓存击穿（互斥锁/逻辑过期）、缓存雪崩（随机TTL/多级缓存）
04	高可用架构	主从复制、哨兵模式（自动故障转移）、集群模式（分片/16384 slot）
05	分布式锁	SETNX 手动实现的问题、Redisson 看门狗/可重入锁、RedLock 红锁
06	应用型问题	缓存一致性（Cache Aside/延迟双删/Canal）、排行榜/计数/限流/消息队列/Session 共享、大 Key 与热 Key 处理

1. Redis 解决了什么问题？¶

问题背景：没有 Redis 时，所有请求都直接打到 MySQL，高并发场景下会出现：

问题	具体表现	Redis 的解决方案
数据库压力大	热点数据每次都查 MySQL，连接数耗尽	热点数据缓存在内存，减少 DB 查询
响应速度慢	MySQL 磁盘 IO，毫秒级响应	内存读写，微秒级响应（快 10 万倍）
无法分布式协调	多实例无法共享锁、Session	分布式锁、分布式 Session
计数/排行榜复杂	数据库实现计数器、排行榜性能差	原子 INCR、ZSet 天然支持

2. Redis 在系统架构中的位置¶

flowchart LR
    Client[客户端] --> App[应用服务]
    App -->|缓存命中| Redis[(Redis\n内存缓存)]
    App -->|缓存未命中| MySQL[(MySQL\n持久化存储)]
    MySQL -->|回写缓存| Redis
    Redis -->|持久化| Disk[磁盘\nRDB/AOF]

3. 面试高频问题速查¶

Q：Redis 为什么这么快？

① 纯内存操作；② 单线程避免锁竞争；③ IO 多路复用（epoll）；④ 高效的数据结构（跳表、压缩列表等）。注意：Redis 6.0 引入了多线程处理网络 IO，但命令执行仍是单线程。

Q：Redis 单线程为什么还这么快？

瓶颈在内存和网络 IO，不在 CPU。单线程避免了线程切换和锁竞争开销，反而更高效。Redis 的 QPS 可达 10 万+，对大多数业务场景已经足够。

Q：Redis 内存淘汰策略有哪些？

noeviction：不淘汰，内存满时报错

allkeys-lru：淘汰最近最少使用的 Key（最常用）

volatile-lru：只淘汰设置了过期时间的 Key 中最近最少使用的

allkeys-random：随机淘汰

volatile-ttl：淘汰剩余 TTL 最短的 Key

Q：Redis 过期 Key 是如何删除的？

① 惰性删除：访问时检查是否过期，过期则删除（节省 CPU，但可能内存泄漏）；② 定期删除：每隔 100ms 随机抽取一批设置了过期时间的 Key 检查删除。两者结合使用，互补不足。

4. 一句话口诀¶

String 存缓存，Hash 存对象，List 做队列，Set 做去重，ZSet 做排行榜；穿透用布隆，击穿用互斥锁，雪崩加随机 TTL；高可用靠哨兵，扩容靠集群，分布式锁用 Redisson。

5. 工作中常见错误速查¶

场景	错误做法	正确做法
存储对象	用 String 存整个 JSON，更新时全量覆盖	用 Hash 存对象字段，按需更新单个字段
缓存过期	所有 Key 设置相同 TTL	TTL 加随机偏移量（如 300 + random(60)）
分布式锁	SETNX 后未设置过期时间	使用 `SET key value NX PX milliseconds` 原子命令
大 Key	存储几 MB 的 Value	拆分大 Key，或使用 Hash 分片存储
热 Key	单个 Key 承受所有流量	本地缓存 + Redis 多副本分散热点
跨 Slot	Cluster 模式下 mget 多个 Key	使用哈希标签 `{}` 确保相关 Key 在同一 Slot