第1课: Redis基础入门

安装配置、redis-cli使用、基本命令

什么是Redis？

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的、基于内存的高性能键值存储数据库。它支持多种数据结构，如字符串、列表、集合、哈希表和有序集合等。Redis常用于缓存、消息队列、排行榜、实时分析等场景。

Redis的核心定位： Redis不仅仅是一个缓存系统，而是一个功能丰富的数据结构服务器，它提供了丰富的数据类型和原子操作，使其能够胜任多种复杂的数据处理任务。

Redis的核心特点

内存存储：所有数据存储在内存中，读写速度极快（10万+QPS）
持久化：支持RDB快照和AOF日志两种持久化方式
多数据结构：支持String、List、Set、Hash、Sorted Set等
原子操作：所有操作都是原子性的，支持事务
主从复制：支持主从同步，实现读写分离和高可用
发布订阅：支持消息的发布与订阅模式

Redis的架构原理

单线程模型： Redis采用单线程事件循环模型，所有命令都在一个线程中顺序执行。这种设计避免了多线程的上下文切换和锁竞争，保证了操作的原子性，同时充分利用了CPU缓存。

I/O多路复用： Redis使用epoll（Linux）、kqueue（BSD）等I/O多路复用技术，能够高效处理大量并发连接，实现高吞吐量。

内存管理： Redis使用jemalloc内存分配器，优化内存碎片问题。同时支持多种内存淘汰策略，确保在内存不足时能够优雅地处理。

Redis与其他数据库的比较

特性	Redis	Memcached	MySQL	MongoDB
数据存储	内存+持久化	纯内存	磁盘	磁盘+内存
数据结构	丰富（5种）	简单（字符串）	关系型	文档型
性能	极高（10万+QPS）	高（10万+QPS）	中等（数千QPS）	中等（数千QPS）
适用场景	缓存、队列、排行榜	简单缓存	事务处理	文档存储

Redis安装与配置

Linux/macOS安装

# 方式1: 使用包管理器（推荐）
# Ubuntu/Debian
sudo apt-get update
sudo apt-get install redis-server

# CentOS/RHEL
sudo yum install redis

# macOS
brew install redis

# 方式2: 源码编译安装
wget http://download.redis.io/releases/redis-7.0.0.tar.gz
tar xzf redis-7.0.0.tar.gz
cd redis-7.0.0
make
sudo make install

Windows安装

# 下载Redis for Windows
# 访问: https://github.com/microsoftarchive/redis/releases
# 下载.msi安装包并安装

# 或使用WSL2安装Linux版本（推荐）
wsl --install
# 然后在WSL中按Linux方式安装

启动Redis服务

# 前台启动（测试用）
redis-server

# 后台启动（生产环境）
redis-server --daemonize yes

# 使用配置文件启动
redis-server /etc/redis/redis.conf

# 指定端口启动
redis-server --port 6380

Redis配置文件详解

Redis的配置文件（redis.conf）包含了丰富的配置选项，理解这些配置对于生产环境部署至关重要。

配置加载顺序： Redis会按照以下顺序加载配置：1) 默认配置 2) 配置文件 3) 命令行参数。命令行参数优先级最高。

# redis.conf 核心配置项详解

# 网络配置
# 绑定IP地址（默认127.0.0.1，生产环境需修改为服务器IP）
bind 127.0.0.1
# 监听端口（默认6379，建议修改为非常用端口增强安全性）
port 6379
# 保护模式（默认yes，只允许本地连接）
protected-mode yes
# TCP监听队列长度
tcp-backlog 511
# 客户端连接超时时间（秒）
timeout 0
# TCP keepalive设置（秒）
tcp-keepalive 300

# 进程管理
# 后台运行（生产环境必须设为yes）
daemonize yes
# 进程文件路径
pidfile /var/run/redis_6379.pid

# 日志配置
# 日志级别：debug、verbose、notice、warning（生产环境建议notice）
loglevel notice
# 日志文件路径
logfile /var/log/redis/redis-server.log
# 日志输出到标准输出
# logfile ""

# 数据库配置
# 数据库数量（默认16个，编号0-15）
databases 16

# 内存管理（核心配置）
# 最大内存限制（必须设置，避免内存溢出）
maxmemory 256mb
# 内存淘汰策略（8种策略可选）
maxmemory-policy allkeys-lru
# 内存淘汰采样数量
maxmemory-samples 5

# 持久化配置
# RDB持久化
# 900秒内至少1个键被修改，触发快照
save 900 1
# 300秒内至少10个键被修改，触发快照
save 300 10
# 60秒内至少10000个键被修改，触发快照
save 60 10000
# RDB文件压缩
dbfilename dump.rdb
# RDB文件保存路径
dir /var/lib/redis
# AOF持久化
appendonly no
# AOF文件名
appendfilename "appendonly.aof"
# AOF同步策略：no、everysec、always
appendfsync everysec

# 安全配置
# 密码认证（生产环境必须设置）
requirepass your_strong_password

# 客户端配置
# 最大客户端连接数
maxclients 10000

# 线程配置（Redis 6.0+）
# I/O线程数（0表示禁用多线程）
io-threads 4
# 后台线程数
io-threads-do-reads yes

# 复制配置
# 从节点只读
slave-read-only yes
# 复制超时时间
repl-timeout 60

# 集群配置
# 开启集群模式
cluster-enabled no
# 集群节点超时时间
cluster-node-timeout 15000
# 集群配置文件
cluster-config-file nodes-6379.conf

# 哨兵配置
# 哨兵监控的主节点
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
# 哨兵判断主节点下线的时间
# sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
# 故障转移超时时间
# sentinel failover-timeout mymaster 180000
# 故障转移时同时同步的从节点数
# sentinel parallel-syncs mymaster 1

生产环境配置最佳实践

网络安全

修改默认端口（6379）为非常用端口
设置复杂的密码认证
使用bind参数限制访问IP
启用防火墙限制访问

内存管理

根据服务器内存设置合理的maxmemory
选择适合业务场景的内存淘汰策略
定期监控内存使用情况

持久化

生产环境建议开启AOF持久化
设置合理的AOF同步策略（如everysec）
定期备份RDB文件

性能优化

Redis 6.0+开启多线程IO
调整TCP连接参数
使用连接池管理客户端连接

连接Redis服务器

# 连接本地Redis（默认127.0.0.1:6379）
redis-cli

# 连接指定主机和端口
redis-cli -h 192.168.1.100 -p 6379

# 使用密码连接
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 -a mypassword

# 连接后认证
redis-cli
127.0.0.1:6379> AUTH mypassword

# 选择数据库（0-15）
127.0.0.1:6379> SELECT 1
OK

# 高级连接选项
# 使用SSL连接（Redis 6.0+）
redis-cli --tls --cacert ca.crt --cert client.crt --key client.key
# 指定连接超时时间
redis-cli --timeout 5
# 以原始模式输出（不格式化）
redis-cli --raw

基本命令操作

# 测试连接
127.0.0.1:6379> PING
PONG

# 查看服务器信息（最全面的诊断命令）
127.0.0.1:6379> INFO
# Server
redis_version:7.0.0
redis_mode:standalone
os:Linux 5.10.0-amd64
...

# 查看特定信息段
127.0.0.1:6379> INFO stats      # 统计信息
127.0.0.1:6379> INFO memory     # 内存使用情况
127.0.0.1:6379> INFO clients    # 客户端连接信息
127.0.0.1:6379> INFO persistence # 持久化信息
127.0.0.1:6379> INFO replication # 复制信息

# 查看客户端连接
127.0.0.1:6379> CLIENT LIST

# 监控实时命令执行（生产环境慎用）
127.0.0.1:6379> MONITOR

# 查看慢查询日志
127.0.0.1:6379> SLOWLOG GET 10

redis-cli高级用法

# 1. 批量执行命令（从文件读取）
echo -e "SET key1 value1\nSET key2 value2\nGET key1" | redis-cli

# 2. 执行Lua脚本
redis-cli --eval script.lua key1 key2 , arg1 arg2

# 3. 性能测试（基准测试）
redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6379 -c 50 -n 100000

# 4. 数据导入导出
# 导出数据到文件
redis-cli --scan --pattern "user:*" | xargs redis-cli MGET > data.txt

# 5. 交互式批量操作
127.0.0.1:6379> MULTI
127.0.0.1:6379> SET user:1 name
127.0.0.1:6379> SET user:1 age
127.0.0.1:6379> EXEC

# 6. 管道操作（提高性能）
cat commands.txt | redis-cli --pipe

# 7. 监控键空间事件
127.0.0.1:6379> CONFIG SET notify-keyspace-events KEA
127.0.0.1:6379> PSUBSCRIBE __key*__:*

性能优化技巧： 使用管道（pipeline）可以显著提高批量操作的性能，因为它减少了网络往返时间。在需要执行大量命令时，优先考虑使用管道或批量操作。

Redis基本命令实战

本节将通过实际案例深入讲解Redis的基本命令，包括字符串操作、键管理、数值操作等，并分析其底层实现原理和最佳实践。

示例1：字符串基本操作

# 设置键值
127.0.0.1:6379> SET name "张三"
OK

# 获取值
127.0.0.1:6379> GET name
"张三"

# 设置多个键值（原子操作）
127.0.0.1:6379> MSET age 25 city "北京" job "工程师"
OK

# 获取多个值
127.0.0.1:6379> MGET name age city
1) "张三"
2) "25"
3) "北京"

# 条件设置（仅当键不存在时设置）
127.0.0.1:6379> SET username "alice" NX
OK
127.0.0.1:6379> SET username "bob" NX
(nil)  # 设置失败，因为键已存在

# 条件设置（仅当键存在时设置）
127.0.0.1:6379> SET username "charlie" XX
OK
127.0.0.1:6379> SET nonexistent "value" XX
(nil)  # 设置失败，因为键不存在

SET命令参数详解

EX seconds： 设置过期时间（秒）
PX milliseconds： 设置过期时间（毫秒）
NX： 仅当键不存在时设置（实现分布式锁）
XX： 仅当键存在时设置
KEEPTTL： 保留原有的过期时间
GET： 返回旧值（Redis 6.2+）

底层原理： Redis的字符串使用SDS（Simple Dynamic String）实现，相比C字符串具有以下优势：1) O(1)时间复杂度获取长度 2) 二进制安全 3) 自动扩容 4) 减少内存重分配次数。

示例2：键的过期时间

# 设置键并指定过期时间（秒）
127.0.0.1:6379> SETEX session:user123 3600 "token_abc"
OK

# 设置已存在键的过期时间
127.0.0.1:6379> EXPIRE name 300
(integer) 1

# 查看剩余生存时间（秒）
127.0.0.1:6379> TTL name
(integer) 295

# 查看剩余生存时间（毫秒）
127.0.0.1:6379> PTTL name
(integer) 294850

# 移除过期时间
127.0.0.1:6379> PERSIST name
(integer) 1

示例3：键的管理操作

# 检查键是否存在
127.0.0.1:6379> EXISTS name
(integer) 1

# 删除键
127.0.0.1:6379> DEL name
(integer) 1

# 查看键的类型
127.0.0.1:6379> SET counter 100
127.0.0.1:6379> TYPE counter
string

# 重命名键
127.0.0.1:6379> RENAME counter user_counter
OK

# 查看所有键（生产环境慎用！）
127.0.0.1:6379> KEYS *
1) "age"
2) "city"
3) "user_counter"

示例4：数据库切换与清空

# 切换到数据库1
127.0.0.1:6379> SELECT 1
OK

# 查看当前数据库键数量
127.0.0.1:6379[1]> DBSIZE
(integer) 0

# 清空当前数据库
127.0.0.1:6379[1]> FLUSHDB
OK

# 清空所有数据库（危险操作！）
127.0.0.1:6379> FLUSHALL
OK

示例5：数值操作

# 设置计数器
127.0.0.1:6379> SET views 1000
OK

# 自增1
127.0.0.1:6379> INCR views
(integer) 1001

# 自减1
127.0.0.1:6379> DECR views
(integer) 1000

# 增加指定值
127.0.0.1:6379> INCRBY views 100
(integer) 1100

# 减少指定值
127.0.0.1:6379> DECRBY views 50
(integer) 1050

示例6：批量操作与性能测试

# 批量设置（原子操作）
127.0.0.1:6379> MSET user:1:name "Alice" user:1:age 28 user:2:name "Bob" user:2:age 32
OK

# 批量获取
127.0.0.1:6379> MGET user:1:name user:1:age user:2:name user:2:age
1) "Alice"
2) "28"
3) "Bob"
4) "32"

# 性能测试工具
redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6379 -c 50 -n 10000
# -c: 并发连接数
# -n: 请求总数

示例7：redis-cli高级用法

# 执行单条命令后退出
redis-cli SET mykey "hello"

# 批量执行命令
echo -e "SET key1 value1\nGET key1\nDEL key1" | redis-cli

# 从文件读取命令
redis-cli < commands.txt

# 监控实时命令（调试用）
redis-cli MONITOR

# 查看慢查询日志
redis-cli SLOWLOG GET 10

# 导出数据
redis-cli --rdb dump.rdb

# 扫描大键
redis-cli --bigkeys

示例8：实用运维命令

# 查看配置
127.0.0.1:6379> CONFIG GET maxmemory
1) "maxmemory"
2) "268435456"

# 动态修改配置
127.0.0.1:6379> CONFIG SET maxmemory 512mb
OK

# 保存配置到文件
127.0.0.1:6379> CONFIG REWRITE
OK

# 手动触发持久化
127.0.0.1:6379> SAVE      # 阻塞式保存
127.0.0.1:6379> BGSAVE    # 后台保存

# 查看最后保存时间
127.0.0.1:6379> LASTSAVE
(integer) 1675234567

# 关闭服务器
127.0.0.1:6379> SHUTDOWN SAVE

重要提示：

生产环境配置：务必设置密码（requirepass）、绑定内网IP、禁用危险命令
KEYS命令：在生产环境禁止使用KEYS *，会阻塞服务器，使用SCAN代替
内存管理：设置maxmemory和合理的淘汰策略，防止内存溢出
持久化：根据业务需求选择RDB或AOF，建议开启AOF保证数据安全
监控告警：监控内存使用率、连接数、命令执行时间等关键指标
安全加固：禁用FLUSHALL、FLUSHDB、CONFIG等危险命令

常见问题与最佳实践

1. Redis为什么这么快？

纯内存操作，避免磁盘IO
单线程模型，避免上下文切换和锁竞争
高效的数据结构（SDS、跳表、压缩列表等）
IO多路复用（epoll/kqueue）

2. 键命名规范

# 推荐使用冒号分隔的命名方式
user:1001:profile          # 用户1001的资料
order:2023:01:summary      # 2023年1月订单汇总
cache:product:10086        # 商品10086的缓存
session:abc123def          # 会话token

# 避免过长的键名（影响性能和内存）
# 避免特殊字符和空格

3. 连接池配置

在应用程序中使用Redis时，应该使用连接池而不是每次创建新连接：

# Python示例（redis-py）
import redis

pool = redis.ConnectionPool(
    host='localhost',
    port=6379,
    max_connections=50,
    decode_responses=True
)
r = redis.Redis(connection_pool=pool)

实践练习

练习任务：

安装配置：在本地安装Redis，修改配置文件设置密码和最大内存限制为128MB
基本操作：使用redis-cli连接服务器，创建10个不同的键值对，包含用户信息、商品信息等
过期时间：为其中5个键设置不同的过期时间（60秒、300秒、3600秒等），观察TTL变化
数值操作：创建一个计数器，模拟网站访问量统计，执行100次INCR操作
批量操作：使用MSET一次性设置20个键值对，然后用MGET批量获取
性能测试：使用redis-benchmark测试本地Redis的QPS，记录SET和GET的性能数据
监控调试：开启MONITOR命令，在另一个终端执行操作，观察实时命令流

总结

本课程介绍了Redis的基础知识，包括：

Redis的核心特点和应用场景
在不同操作系统上的安装方法
配置文件的重要参数说明
redis-cli客户端的使用技巧
基本命令的实战操作（SET/GET/DEL/EXPIRE等）
生产环境的最佳实践和注意事项

掌握这些基础知识后，你就可以开始使用Redis进行简单的缓存和数据存储了。在后续课程中，我们将深入学习Redis的各种数据结构和高级特性。

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