Java学习第七十三部分——Redis
目录
一、前言提要
二、核心特性
三、数据结构
四、应用场景
五、架构模式
六、性能优势
七、客户端库
八、注意事项
九、选择建议
十、使用示例——基于Jedis 和 Lettuce
十一、生态集成——基于Spring Boot
十二、企业级能力
十三、持久化机制
十四、高级使用工具
十五、性能与连接管理
十六、适用情况 vs 不适用情况
十七、总结归纳概述
一、前言提要
Redis（“Re”mote “Di”ctionary “S”erver）是一个开源的内存数据结构存储系统，由Salvatore Sanfilippo于2009年创建。它既可用作高性能的键值数据库、缓存和消息中间件，也支持数据持久化，是NoSQL数据库的代表之一。
二、核心特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 内存存储 | 数据主要存储在内存中，提供 微秒级读写性能（10万+ QPS） |
| 数据结构丰富 | 支持字符串、哈希、列表、集合、有序集合、位图等 8 种数据结构 |
| 持久化 | 支持 RDB（快照）和 AOF（日志追加）两种方式，确保数据安全 |
| 高可用 | 通过 Redis Sentinel 实现故障转移，Redis Cluster 支持分布式集群 |
| 多功能 | 支持事务、发布订阅、Lua 脚本、流处理、地理空间索引等 |
三、数据结构
| 类型 | 存储结构 | 典型场景 |
|---|---|---|
| String | 文本/二进制数据 | 缓存、计数器（INCR） |
| Hash | 字段-值映射表 | 存储对象（如用户属性） |
| List | 双向链表 | 消息队列、最新动态列表 |
| Set | 无序唯一集合 | 标签系统、共同好友 |
| Sorted Set | 带分数的有序集合 | 排行榜、延迟队列 |
| Stream | 消息流（类似 Kafka） | 实时日志收集 |
| HyperLogLog | 概率型数据结构 | 大规模去重统计（如 UV） |
| Bitmap | 位数组 | 用户在线状态、行为标记 |
四、应用场景
1. 缓存
- 减轻数据库压力，加速热点数据访问（如商品详情页）。
2. 会话存储
- 分布式系统中的用户 Session 共享（替代 Cookie）。
3. 排行榜/计数器
- 利用 `ZSET` 实现实时排行榜，`INCR` 实现秒杀计数器。
4. 消息队列
- 通过 `List`（阻塞操作）或 `Stream` 实现异步任务队列。
5. 实时数据处理
- 实时分析用户行为（如点击流）、地理位置计算（`GEO` 命令）。
五、架构模式
| 模式 | 特点 |
|---|---|
| 单机模式 | 简单部署，适合开发测试，但存在单点故障风险 |
| 主从复制 | 主节点写，从节点读，实现读写分离 |
| Sentinel | 监控主节点故障并自动切换从节点为主节点（高可用） |
| Cluster | 数据分片（16384 个槽），支持横向扩展，官方分布式方案 |
六、性能优势
1. 单线程模型
- 避免上下文切换和锁竞争（6.0+ 支持 I/O 多线程提升网络性能）。
2. 纯内存操作
- 数据访问无需磁盘 I/O。
3. 高效数据结构
- 如跳表（`ZSET`）、压缩列表（小数据优化）等。
4. I/O 多路复用
- 基于 epoll/kqueue 处理高并发连接。
七、客户端库
| 库名 | 特点 |
|---|---|
| Jedis | 简单轻量、同步阻塞、适合基础操作 |
| Lettuce | 官方推荐（Spring Boot 默认）、支持异步/响应式、线程安全、高性能 |
| Redisson | 分布式特性和数据结构（锁、队列等） |
| Spring Data Redis | 基于 Spring 的抽象层，简化操作 |
八、注意事项
1. 安全：启用 Redis 密码认证，避免暴露在公网
2. 高可用：使用 Redis Sentinel 或 Cluster 模式
3. 监控：通过 `redis-cli monitor` 或 Prometheus + Grafana
4. 内存管理：设置 `maxmemory-policy`（如 `allkeys-lru`）
九、选择建议
> - 简单项目 → Jedis
> - Spring Boot / 高性能需求 → Lettuce
> - 分布式系统 → Redisson
> - 快速开发 → Spring Data Redis
十、使用示例——基于Jedis 和 Lettuce
(1) Jedis 基础操作
import redis.clients.jedis.Jedis;public class JedisDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 连接Redis (默认端口6379)try (Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379)) {// 2. 认证（如果设置了密码）// jedis.auth("your-password");// 3. 写入数据jedis.set("app:user:1001", "Alice");// 4. 读取数据String value = jedis.get("app:user:1001");System.out.println(value); // 输出: Alice// 5. 设置过期时间 (10秒)jedis.expire("app:user:1001", 10);} // try-with-resources 自动关闭连接}
}(2) Lettuce 异步操作
import io.lettuce.core.RedisClient;
import io.lettuce.core.api.StatefulRedisConnection;
import io.lettuce.core.api.async.RedisAsyncCommands;public class LettuceDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建客户端 (格式: redis://密码@地址:端口)RedisClient client = RedisClient.create("redis://localhost:6379");try (StatefulRedisConnection<String, String> connection = client.connect()) {// 2. 获取异步命令接口RedisAsyncCommands<String, String> commands = connection.async();// 3. 异步写入commands.set("app:config:timeout", "30s").thenAccept(response -> {System.out.println("设置成功: " + response);});// 4. 异步读取commands.get("app:config:timeout").thenAccept(value -> {System.out.println("获取结果: " + value);});// 防止主线程退出（实际生产用CountDownLatch等）Thread.sleep(1000);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {client.shutdown(); // 关闭客户端}}
}十一、生态集成——基于Spring Boot
(1) 添加依赖 (`pom.xml`)
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId> <!-- 默认使用Lettuce -->
</dependency>(2) 配置文件 (`application.yml`)
spring:redis:host: localhostport: 6379password: your-password-if-setdatabase: 0 # 默认DB索引(3) 使用 `RedisTemplate`
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;@Service
public class UserService {@Autowiredprivate RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;public void saveUserToken(String userId, String token) {// 写入Hash结构redisTemplate.opsForHash().put("user:tokens", userId, token);// 设置过期时间redisTemplate.expire("user:tokens", Duration.ofHours(1));}public String getToken(String userId) {return (String) redisTemplate.opsForHash().get("user:tokens", userId);}
}十二、企业级能力
- 安全控制：支持密码认证、ACL 权限管理（Redis 6.0+）。
- 扩展模块：通过 Redis Modules 支持全文搜索（RediSearch）、图计算（RedisGraph）等。
- 监控工具：内置 `INFO` 命令，集成 Prometheus/Grafana 可视化监控。
十三、持久化机制
| 方式 | 原理 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| RDB | 定时生成内存快照（二进制文件） | 恢复速度快，文件紧凑 | 可能丢失最后一次快照后的数据 |
| AOF | 记录所有写操作命令（追加日志） | 数据安全更高（可配置每秒同步） | 文件较大，恢复较慢 |
| 混合 | RDB + AOF（Redis 4.0+） | 结合两者优势，推荐生产使用 | 配置较复杂 |
十四、高级使用工具
- 分布式锁：用 `Redisson` 或 `RedisTemplate.execute` + Lua 脚本
- 发布订阅：
redisTemplate.convertAndSend("news-channel", "新消息内容");- 事务：
redisTemplate.execute(new SessionCallback<>() {public Object execute(RedisOperations operations) {operations.multi(); // 开启事务operations.opsForValue().set("key1", "value1");operations.opsForValue().increment("counter");return operations.exec(); // 提交事务}});十五、性能与连接管理
- 连接池配置——Lettuce 默认使用 Netty 非阻塞连接，无需连接池
spring:redis:lettuce:pool:max-active: 20 # 最大连接数max-idle: 10 # 最大空闲连接min-idle: 3 # 最小空闲连接- 序列化优化——避免 Java 原生序列化（性能差），推荐 JSON 或 Kryo
@Beanpublic RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>();template.setConnectionFactory(factory);template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());template.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());return template;}十六、适用情况 vs 不适用情况
| 适用场景 | 不适用场景 |
|---|---|
| 高频读写的热点数据 | 海量冷数据存储 |
| 实时计算与分析 | 复杂关系查询（如 JOIN） |
| 临时数据存储（如会话） | 大规模二进制文件 |
| 分布式锁/协调 | 替代关系型数据库 |
十七、总结归纳概述
Redis 凭借性能极致、数据结构灵活和功能丰富的特点，已成为现代架构的核心组件。从缓存到实时系统，从微服务到 AI 基础设施，Redis 在互联网、金融、游戏等领域广泛应用，是开发者解决高性能存储问题的首选利器。