Redis 核心原理
面向面试+生产运维，涵盖数据结构、持久化、过期策略、淘汰机制等核心知识点。
我直接给你最硬核、最常用、最容易考的 Redis 全套知识，按顺序学，学完你就是 Redis 高手。
一、一句话 Redis 是什么
Redis = 基于内存的 Key-Value NoSQL 数据库
支持多种数据结构、高性能、持久化、主从、集群
二、Redis 为什么这么快？（面试必考）
- 纯内存操作（内存纳秒级）
- 单线程模型（无锁、无上下文切换）
- IO多路复用（epoll/kqueue）
- 高效数据结构（SDS、跳表、哈希表）
核心：单线程 + IO多路复用 + 内存
三、Redis 单线程模型原理
Redis 主线程 = 处理所有命令 + 网络IO
- 无锁竞争
- 无线程切换
- 命令原子性
- 避免并发问题
⚠️ 注意：Redis 6.0+ 只是多线程处理网络IO，命令执行依然单线程
四、Redis 数据结构（必须背）
5 种基础结构
- String（字符串）
- Hash（哈希）
- List（列表）
- Set（集合）
- ZSet（有序集合）
3 种高级结构
- Bitmap
- HyperLogLog
- GEO
五、String 底层 SDS（简单动态字符串）
不是 C 字符串，而是 SDS：
- 二进制安全
- 记录长度，获取长度 O(1)
- 预分配冗余空间，减少内存重分配
六、ZSet 底层：跳表（SkipList）
跳表 = 多层链表，二分查找思想
- 查找/插入/删除 O(logN)
- 比红黑树实现简单、并发友好
- 支持范围查询
七、Redis 持久化（面试高频）
1. RDB（快照）
- 定时全量内存快照
- 文件小、恢复快
- 宕机丢数据多
2. AOF（日志）
- 记录每一条写命令
- 数据安全
- 文件大、恢复慢
- Redis 默认开启
3. 混合持久化（Redis 4.0+）
RDB + AOF 结合
- 前半段 RDB
- 后半段 AOF
- 最快恢复 + 最安全
八、Redis 过期策略（必考）
- 惰性删除
访问时才检查是否过期 - 定期删除
每秒随机抽取一批 key 检查过期 - 内存淘汰机制
内存满了按策略删 key
8 种内存淘汰策略
- volatile-lru：只删过期，最近最少使用
- allkeys-lru：所有key都删，最少使用
- volatile-random
- allkeys-random
- volatile-ttl
- noeviction（默认，不删，直接报错）
生产常用：allkeys-lru
九、Redis 主从复制（原理）
- 主库写，从库读
- 全量复制（RDB）+ 增量复制（积压缓冲区）
- 从库通过 replication backlog 断网重续
十、Redis 哨兵 Sentinel（高可用）
- 监控主从
- 自动故障转移
- 主挂了自动选从升主
- 分布式锁 + 选主机制
十一、Redis 集群 Cluster（分片）
- 16384 个槽（slot）
- 集群通过 CRC16(key) % 16384 路由
- 分片存储，水平扩展
- 主从 + 分片 + 高可用
十二、Redis 三大经典问题
1. 缓存穿透
查不存在的数据 → 穿透到数据库
解决：布隆过滤器、缓存空值
2. 缓存击穿
热点Key过期，大量请求打DB
解决：互斥锁、永不过期、逻辑过期
3. 缓存雪崩
大量Key同时过期 / Redis宕机
解决：过期时间随机、集群、多级缓存
十三、Redis 事务
- MULTI
- EXEC
- DISCARD
- WATCH
Redis 事务不保证原子性，不回滚，命令会继续执行。
十四、Redis 分布式锁
SET lock_key unique_value NX PX 30000- NX 互斥
- PX 超时
- 唯一值防误删
- 红锁（RedLock）
一、总述
Redis 设置 EXPIRE key seconds 给键设置过期时间，没有单独的后台线程实时扫描删过期key，依靠三种机制配合清理失效数据：
- 惰性删除：访问时删除
- 定期删除：后台抽样随机删除
- 内存淘汰：内存满了主动删键
前两种只管已过期数据，第三种是内存达到maxmemory阈值后，不管过没过期按需删除。
二、1.惰性删除（被动删除，访问触发）
原理
只有客户端查询key(GET/HGET等)时，Redis先校验是否过期：
- 已过期：立刻删除key，返回nil；
- 没过期：正常返回数据。
优点
- CPU开销极小，只在访问时消耗资源；
- 不会白白浪费CPU遍历大量不过期的key。
致命缺点
长期无人访问的过期key永久占内存，成为僵尸数据，堆积占用内存，所以必须搭配定期删除兜底。
三、2.定期删除（主动抽样，兜底清理冷过期数据）
执行规则
Redis 默认每100ms执行一次过期键抽样检查：
- 从每个过期字典（expires）随机抽取 20个key；
- 删除抽样中所有已过期的key；
- 如果本轮抽样过期key占比＞25%，立刻重复抽样，直到过期比例低于25%。
优点
定时主动清理冷数据，弥补惰性删除短板，避免大量冷过期键常驻内存。
缺点
- 随机抽样，无法保证全部过期key被删掉，极端场景仍有残留；
- 抽样阶段会占用少量CPU，海量过期键时频繁循环抽样影响性能。
组合结论：惰性+定期配合，依旧无法杜绝内存缓慢上涨，因此引入内存淘汰策略。
四、3.内存淘汰机制（maxmemory，内存上限触发）
前置配置
maxmemory 2gb # 实例最大可用内存
maxmemory-policy allkeys-lru # 淘汰策略当Redis使用内存≥maxmemory，再执行新增写入(set/hset)触发淘汰，按配置策略删键腾出空间。
6种官方淘汰策略分两类
① 只淘汰带过期时间的key（volatile开头）
volatile-lru：过期集合里删最近最少使用；volatile-random：过期集合随机删；volatile-ttl：过期集合优先删剩余寿命最短；
缺点：大量key没设过期，内存满了没法删，最终noeviction报错。
② 全库所有key均可淘汰（allkeys开头，生产主流）
allkeys-lru：全量key按LRU淘汰（生产默认选型）；allkeys-random：全库随机删；noeviction：默认策略，不删任何key，写操作直接返回OOM报错。
LRU底层优化
Redis并非维护完整LRU链表（耗内存），每个对象头部24bit记录最后访问时间，近似LRU采样淘汰。
五、生产选型总结
- 缓存业务：
maxmemory-policy allkeys-lru，全库LRU； - 冷热分离、部分永久数据：
volatile-lru，只淘汰过期缓存； - 核心订单数据不能丢：
noeviction，内存打满拒绝写入，防止误删重要数据。
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