Redis 缓存设计与高可用¶

学习目标：从"会用 Redis 命令"升级到"理解原理 → 能设计缓存方案 → 能排查线上问题"

检验标准：学完每个模块后，能口述"这个技术解决了什么问题？不用它会怎样？工作中有哪些坑？"

整体知识地图¶

mindmap
    root((Redis 知识体系))
        数据结构
            String / Hash / List / Set / ZSet
            底层编码切换原理
            跳表 vs 红黑树
        持久化
            RDB 快照
            AOF 追加日志
            混合持久化
        缓存问题
            穿透（布隆过滤器）
            击穿（互斥锁/逻辑过期）
            雪崩（随机TTL/多级缓存）
        高可用
            主从复制
            哨兵模式
            集群模式（16384 slot）
        分布式锁
            SETNX 手动实现
            Redisson 看门狗
            RedLock 红锁
        应用场景
            缓存一致性
            排行榜 / 计数 / 限流
            大 Key 与热 Key
        内存管理
            过期删除（惰性+定期）
            8 种淘汰策略
            LRU vs LFU
        事务与脚本
            MULTI/EXEC 事务
            Lua 脚本原子性
            Pipeline 批量操作
        网络模型
            单线程为什么快
            epoll IO 多路复用
            Redis 6.0 多线程网络 IO

知识点导航¶

#	知识点	核心一句话	详细文档
01	数据结构与底层编码	String/Hash/List/Set/ZSet 五种数据结构，底层编码按数据量自动切换	数据结构与底层编码
02	持久化机制	RDB 快照恢复快但可能丢数据，AOF 安全但文件大，混合持久化兼顾两者	持久化机制RDB与AOF
03	缓存三大问题	穿透用布隆过滤器，击穿用互斥锁/逻辑过期，雪崩加随机 TTL	缓存三大问题
04	高可用架构	主从复制做读写分离，哨兵做自动故障转移，集群做水平扩展	高可用架构
05	分布式锁	SETNX 有缺陷，Redisson 看门狗自动续期，RedLock 多节点容错	分布式锁
06	应用型问题	缓存一致性用 Cache Aside/延迟双删/Canal，大 Key 要拆分	应用型问题
07	内存管理与淘汰机制	惰性+定期删除过期 Key，allkeys-lru 最常用淘汰策略	内存管理与淘汰机制
08	事务与 Lua 脚本	MULTI/EXEC 事务不支持回滚，Lua 脚本保证原子性	事务与Lua脚本
09	单线程模型与网络 IO	单线程避免锁竞争，epoll 多路复用处理高并发连接	单线程模型与网络IO

Redis 命名哲学：12 个家族一张图¶

Redis 的类名 / 配置 / 命令看似零散，但背后有一套强一致的命名规律——读懂词根，就能从命令名猜出行为、从配置项猜出生效位置。本站已为 12 个核心家族建立术语卡片（各源头文档都有完整展开，登记在 .codebuddy/plan/terminology-glossary.md），本节按"动词 / 名词 / 修饰词"三类做顶层俯瞰。

一、名词类家族（"这是什么"）¶

家族	词根含义	源头文档	一句话识别规律
数据结构族	5 种基础 + 4 种高级数据类型	数据结构与底层编码	命令首字母即类型：`SET/GET`→String，`HSET`→Hash，`LPUSH`→List，`SADD`→Set，`ZADD`→ZSet
底层编码族	同一数据类型的不同内存布局	数据结构与底层编码	`int`/`embstr`/`raw`/`listpack`/`ziplist`/`quicklist`/`intset`/`hashtable`/`skiplist`——小而紧凑 vs 大而灵活的切换
持久化族	宕机恢复方案	持久化机制RDB与AOF	`RDB` = 快照，`AOF` = 日志，`Mixed` = 两者合璧
Redis 高可用族	集群拓扑角色	高可用架构	`Replication` 读写分离 → `Sentinel` 自动故障转移 → `Cluster` 水平扩展（16384 slot）
缓存问题族	缓存失效的 3 种灾难	缓存三大问题	`Penetration` 穿透 / `Breakdown` 击穿 / `Avalanche` 雪崩——"查不到 / 点过期 / 面过期"

二、动词类家族（"做什么"）¶

家族	词根含义	源头文档	一句话识别规律
过期策略族	何时删过期 Key	内存管理与淘汰机制	`Lazy` 访问时删 / `Periodic` 定时扫 / `Active` 主动删——被动 vs 主动的权衡
淘汰策略族	内存满时选谁淘汰	内存管理与淘汰机制	`[allkeys/volatile]-[lru/lfu/random/ttl]` + `noeviction`——范围 + 算法的笛卡尔积
事务与脚本族	原子性执行的两条路	事务与Lua脚本	`MULTI/EXEC` = 乐观锁事务，`Lua Script` = 服务端原子脚本，`Pipeline` = 批量网络优化（不等于事务）
分布式锁族	跨进程互斥的演进	分布式锁	`SETNX`（有坑）→ `SET NX PX`（原子）→ `Redisson WatchDog`（自动续期）→ `RedLock`（多节点容错）

三、机制类家族（"怎么做到"）¶

家族	词根含义	源头文档	一句话识别规律
IO 多路复用族	一个线程管千连接	单线程模型与网络IO	`select`/`poll`→`epoll`/`kqueue`/`evport`——轮询 → 事件通知的演进
Reactor 模式族	事件驱动的设计模式	单线程模型与网络IO	`Reactor` 分派 + `Acceptor` 建连 + `Handler` 处理；Redis 6 I/O Threads 仅拆了"读写"不碰命令执行
缓存一致性模式族	缓存与 DB 如何同步	应用型问题	`Cache Aside`（主流）/ `Read-Through`（透明读）/ `Write-Through`（透明写）/ `Write Behind`（异步写）/ `Delayed Double Delete`（补一刀）/ `Binlog + MQ`（最终一致）

命名规律速记¶

⭐ Redis 命名三大规律（看到词就能猜职责）：

命令 = 类型首字母 + 动作：HSET/LPUSH/SADD/ZRANGE——第一个字母几乎总是 String/Hash/List/Set/ZSet 首字母。

配置 = 作用域 + 策略名：allkeys-lru / volatile-lfu / appendfsync-everysec——连字符前是"管谁"，连字符后是"用什么算法/频率"。

内部编码 = 规模前缀 + 结构后缀：listpack（小列表紧凑）/ quicklist（大列表链式）/ intset（纯整数集合）/ hashtable（大哈希表）——前缀说规模，后缀说结构。

高频问题索引¶

问题	详见
Redis 为什么这么快？单线程为什么还快？	单线程模型与网络IO
Redis 内存淘汰策略有哪些？过期 Key 如何删除？	内存管理与淘汰机制
缓存穿透/击穿/雪崩的区别和解决方案？	缓存三大问题
如何保证缓存与数据库的一致性？	应用型问题
分布式锁怎么实现？Redisson 看门狗原理？	分布式锁
RDB 和 AOF 怎么选？混合持久化是什么？	持久化机制RDB与AOF
哨兵模式和集群模式的区别？	高可用架构
大 Key 和热 Key 怎么处理？	应用型问题

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