Redis 从核心原理到生产实践

一、Redis 核心定位与数据结构
1. 核心能力矩阵深度解析
Redis 作为高性能内存数据库，核心能力覆盖缓存、数据存储、消息中间件等场景，其设计哲学围绕速度优先、内存高效、功能丰富展开：

内存存储特性

纯内存操作：基于内存寻址的 O (1) 复杂度数据操作，单节点 QPS 可达 10 万 +
持久化方案：RDB（快照）与 AOF（日志）双模式，支持数据持久化与故障恢复
单线程模型：基于事件驱动的单线程架构，避免多线程上下文切换开销，通过 I/O 多路复用（epoll）处理高并发请求
分布式能力

主从复制：支持一主多从架构，从节点可用于读扩展与故障转移
集群模式（Redis Cluster）：通过哈希槽（Hash Slot）实现数据分片，支持动态扩缩容
哨兵（Sentinel）：自动监控主节点状态，实现故障自动转移（Failover）
2. 核心数据结构与应用场景
数据结构 底层实现 典型应用场景 性能特性
String 动态字符串（SDS） 计数器、缓存对象序列化值 SET/GET O(1)
Hash 压缩列表（ziplist）/ 哈希表 存储对象属性（如用户信息：name/age/email） HSET/HGET O(1)
List 双向链表 / 压缩列表 消息队列（LPUSH/RPOP）、最新列表（如微博时间线） LPUSH O(1)
Set 哈希表 / 整数集合（intset） 去重（用户登录记录）、交集计算（共同关注） SADD O(1)
Sorted Set 跳表（SkipList） 排行榜（如用户积分排名）、范围查询（如最近 30 天活跃用户） ZADD O(logN)
二、服务注册发现全流程深度剖析
1. 服务注册与生命周期管理
注册流程核心逻辑

// Redis 客户端注册实例（伪代码）
public void registerService(String serviceName, Instance instance) {
// 构建实例数据（JSON 序列化）
String instanceJson = JSON.toJSONString(instance);
// 使用 Hash 结构存储服务实例（key: service:{serviceName}:instances）
jedis.hset(“service:” + serviceName + “:instances”, instance.getInstanceId(), instanceJson);
// 维护实例心跳（使用 String 结构存储最后心跳时间）
jedis.setex(“instance:” + instance.getInstanceId() + “:heartbeat”, 10, String.valueOf(System.currentTimeMillis()));
}

// 服务发现逻辑（获取可用实例）
public List<Instance> discoverService(String serviceName) {
// 获取所有实例 ID
Set<String> instanceIds = jedis.hkeys(“service:” + serviceName + “:instances”);
List<Instance> instances = new ArrayList<>();
for (String instanceId : instanceIds) {
// 检查心跳是否有效（当前时间 – 最后心跳时间 < 15秒）
if (System.currentTimeMillis() – Long.parseLong(jedis.get(“instance:” + instanceId + “:heartbeat”)) < 15000) {
instances.add(JSON.parseObject(jedis.hget(“service:” + serviceName + “:instances”, instanceId), Instance.class));
}
}
return instances;
}

心跳机制优化

• 客户端每 5 秒发送心跳（默认），服务端通过 EXPIRE 命令维护键存活时间
• 服务端定时任务（每秒执行）扫描过期心跳键，自动剔除失效实例：

— Lua 脚本实现失效实例清理
local serviceKeys = redis.call(‘KEYS’, ‘service:*:instances’)
for _, serviceKey in ipairs(serviceKeys) do
local instanceIds = redis.call(‘HKEYS’, serviceKey)
for _, instanceId in ipairs(instanceIds) do
if not redis.call(‘EXISTS’, ‘instance:’ .. instanceId .. ‘:heartbeat’) then
redis.call(‘HDEL’, serviceKey, instanceId)
end
end
end