Redis001 基础概念
SQL (Structured Query Language)，中文意思是 结构化查询语言，代表为关系型数据库 而 NoSQL 则是 非结构化查询语言，代表为非关系型数据库。
我们的 Redis 就是一个非关系型数据库。
SQL 发音 belike：C 阔~
SQL 与 NoSQL 对比
| 特性 | SQL | NoSQL |
|---|---|---|
| 数据结构 | 结构化 (Structured) | 非结构化 |
| 数据关联 | 关联的 (Relational) | 无关联的 |
| 查询方式 | SQL 查询 | 非 SQL |
| 事务特性 | ACID | BASE |
| 存储方式 | 磁盘 | 内存 |
| 扩展性 | 垂直 | 水平 |
| 使用场景 | 1) 数据结构固定 2) 相关业务对数据安全性、一致性要求较高 | 1) 数据结构不固定 2) 对一致性要求不高 3) 对性能要求较高 |
NoSQL 主要类型： 1 键值类型 (Redis) 2 文档类型 (MongoDB) 3 列类型 (HBase) 4 Graph 类型 (Neo4j)
Redis 初见
1. 简介与工作原理
核心特性
- Redis(Remote Dictionary Server)，中文：远程字典服务器。
- 定义：高性能内存型键值（Key-Value）数据库。
- 主要用途：缓存系统、分布式锁、消息队列、排行榜、Session 共享、限流系统、GEO 地理位置、延迟队列、分布式 ID 生成等。
- 五大优势：基于内存读写极快、支持丰富的数据结构、单线程模型（无线程切换与锁竞争）、支持高并发（单机 QPS 可达 10W ~ 20W+）、支持集群与高可用。
工作流与高性能设计
客户端请求 ──> [I/O 多路复用] ──> [单线程事件循环处理] ──> 返回结果
- 高效支撑：基于内存访问 + 非阻塞 I/O 多路复用 + 高效数据结构（如 HashTable、SkipList、ZipList）。
2. 数据结构与应用场景映射
| 数据类型 | 特性说明 | 典型应用场景 / 核心机制 |
|---|---|---|
| String（字符串） | 最基础类型，二进制安全 | 缓存、计数器、分布式 ID、分布式锁（SETNX）、限流（INCR、EXPIRE） |
| Hash（哈希表） | 键值对集合，适合存储对象 | 用户信息、商品详情存储 |
| List（列表） | 双向链表，有序可重复 | 消息队列、异步削峰（双端操作） |
| Set（无序集合） | 无序去重集合，支持交差并集 | 去重、共同好友/共同关注计算 |
| SortedSet（ZSet） | 带权重分数（Score）的有序集合 | 游戏排行榜、热点文章/积分排行（按分数排序） |
| Bitmap（位图） | 基于 String 的位操作（0/1 状态） | 签到统计、用户在线状态记录 |
| HyperLogLog | 基数估计算法，极小内存占用 | 网页独立访客（UV）统计 |
| GEO | 地理位置坐标存储与计算 | 附近的人、距离计算 |
| Stream | 支持消费组（Consumer Group）的消息流 | 完备的消息队列（MQ） |
3. 数据持久化机制
| 持久化方式 | 实现原理 | 优缺点 / 特点 |
|---|---|---|
| RDB (快照) | 在指定的时间间隔内，将内存数据整体保存到磁盘 | 优：恢复速度快、备份文件体积小。 缺：可能丢失最后一次快照后的修改。 |
| AOF (追加日志) | 实时记录每次写操作命令，重启时重新执行命令恢复 | 优：数据安全性更高，数据丢失极少。 缺：文件体积大、恢复速度慢。 |
| 混合持久化 | RDB 快照 + AOF 增量日志 (Redis 4.0+ 支持) | 兼顾 RDB 的快速恢复与 AOF 的高数据安全性。 |
4. 主流数据库横向对比
4.1 Redis vs. MySQL
| 对比维度 | Redis | MySQL |
|---|---|---|
| 类型/介质 | 内存型 KV 数据库 | 关系型磁盘数据库 |
| 数据模型 | 键值对，多种复杂数据结构 | 二维数据表，支持复杂 SQL |
| 读写性能 | 极快（微秒级），QPS 10W+ | 较慢（毫秒级），QPS 几千~上万 |
| 事务与一致性 | 弱事务，最终一致性 | 强一致性事务（ACID） |
| 适用场景 | 缓存、高并发、非核心临时数据 | 核心业务数据持久化存储 |
4.2 Redis vs. MongoDB
| 对比维度 | Redis | MongoDB |
|---|---|---|
| 类型/格式 | 内存型键值数据库 | 磁盘文档数据库（BSON 格式） |
| 查询能力 | 较弱（主要基于 Key 定位） | 较强（支持多条件、复杂关联与索引） |
| 数据量/持久化 | 较小，内存容量受限，持久化可选 | 大数据量支持，默认持久化落盘 |
| 适用场景 | 缓存、排行榜、高吞吐计数 | 非结构化/半结构化大数据存储 |
4.3 Redis vs. Memcached
| 对比维度 | Redis | Memcached |
|---|---|---|
| 数据类型 | 丰富（String/Hash/List/Set/GEO等） | 仅支持 String 类型 |
| 功能支持 | 支持持久化、事务、发布订阅、Lua 脚本 | 仅纯缓存，不支持持久化、事务和脚本 |
| 集群架构 | 原生支持 Cluster 分布式 | 原生不支持，需依赖客户端或代理实现分布式 |
| 内存利用率 | 较高 | 较低 |
4.4 Redis vs. Elasticsearch (ES)
| 对比维度 | Redis | Elasticsearch |
|---|---|---|
| 类型/核心 | 键值数据库 | 分布式搜索引擎（基于倒排索引） |
| 核心能力 | 极速读写、临时缓存 | 深度文本检索、多维模糊查询与分析 |
| 模糊查询 | 不支持（仅支持简单通配符） | 极强 |
| 适用场景 | 高并发缓存、排行榜、临时队列 | 全文搜索系统、日志分析（ELK） |
5. 优缺点分析
| 优点 | 说明 | 缺点 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 速度极快 | 基于内存读写 | 内存昂贵 | 硬件成本高 |
| 吞吐量大 | 单机可达 10W+ QPS | 容量有限 | 不适合存储超大规模数据 |
| 结构丰富 | 原生支持 9 大数据类型 | 数据易失 | 极端宕机情况下存在丢数据风险 |
| 高可用性 | 支持 Cluster、哨兵及持久化 | 查询受限 | 缺乏复杂 SQL 及多表关联支持 |
6. 缓存高可用常见问题及对策
| 问题类型 | 现象定义 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 缓存穿透 | 查询不存在的数据，请求越过缓存直达数据库，造成数据库压力。 | ① 布隆过滤器：拦截非法请求； ② 缓存空值：对不存在的 Key 缓存短效空值。 |
| 缓存击穿 | 热点 Key 失效瞬间，海量并发请求同时涌入数据库。 | ① 互斥锁：使用分布式锁限制并发读取数据库； ② 设置热点数据永不过期。 |
| 缓存雪崩 | 大量 Key 同时失效或 Redis 宕机，导致数据库瞬间瘫痪。 | ① 随机过期时间：在原有失效时间上增加随机扰动； ② 部署 Redis 高可用集群保障服务可用。 |
7. 经典应用架构
在互联网高并发系统中，通常由 Redis 负责”速度”，MySQL 负责”数据”，其标准协作流如下：
用户请求 (Client)
│
▼
【 Redis 缓存层 】 ──── (命中直接返回，QPS 10W+)
│
(未命中)
▼
【 MySQL 数据库 】 ──── (落盘持久化，保证强一致性)
WSL2 (Ubuntu 24.04) Redis 安装、配置与 C++ 客户端集成笔记
1. 安装最新稳定版 Redis
1.1 安装工具并导入官方 GPG 密钥
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y lsb-release curl gpg
curl -fsSL https://packages.redis.io/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/redis-archive-keyring.gpg
sudo chmod 644 /usr/share/keyrings/redis-archive-keyring.gpg
1.2 添加官方 APT 软件源并安装
echo "deb [signed-by=/usr/share/keyrings/redis-archive-keyring.gpg] https://packages.redis.io/deb $(lsb_release -cs) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/redis.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y redis
2. 配置并启动 Redis 服务
2.1 编辑配置文件
编辑 /etc/redis/redis.conf：
sudo nano /etc/redis/redis.conf
配置 0.0.0.0 监听（允许外部连接）：
将 bind 127.0.0.1 -::1 修改为：
bind 0.0.0.0
配置密码：
取消 # requirepass foobared 的注释，并修改为您的密码：
requirepass yourpassword
进程守护（Daemonize）：
由于使用 systemd 托管，保持默认的 daemonize no 和 supervised systemd 即可。
2.2 启动服务与设置自启动
# 启动并设置自启动
sudo systemctl enable --now redis-server
2.3 连接验证测试
redis-cli -a yourpassword ping
# 返回 PONG 即为成功
3. 编译配置 C++20 客户端 (redis-plus-plus)
3.1 安装编译环境与底层的 hiredis 开发包
必须提前安装，否则 C++ 库 CMake 会报错：
sudo apt install -y build-essential cmake git libhiredis-dev
3.2 源码编译安装 redis-plus-plus
git clone https://github.com/sewenew/redis-plus-plus.git
cd redis-plus-plus
mkdir build && cd build
# 指定使用 C++20 标准编译
cmake -DREDIS_PLUS_PLUS_CXX_STANDARD=20 ..
make
sudo make install
# 刷新动态库缓存
sudo ldconfig
4. 编写与编译 C++ 测试程序
4.1 创建测试项目
mkdir -p ~/redis_test && cd ~/redis_test
nano main.cpp
4.2 编写 main.cpp 代码
采用 C++20 语法，使用 ConnectionOptions 结构体进行连接，避免 URI 密码格式的解析歧义：
#include <sw/redis++/redis++.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <optional>
int main()
{
try
{
// 使用配置结构体，无需担心密码中的特殊字符和默认用户名问题
sw::redis::ConnectionOptions opts;
opts.host = "127.0.0.1";
opts.port = 6379;
opts.password = "yourpassword"; // 设置您的实际密码
auto redis = sw::redis::Redis(opts);
std::cout << "正在连接 Redis..." << std::endl;
// 1. 测试 Ping
std::string ping_res = redis.ping();
std::cout << "Ping 测试结果: " << ping_res << std::endl;
// 2. 写入数据
redis.set("cpp20_key", "Hello Redis!");
// 3. 读取数据
auto val = redis.get("cpp20_key");
if (val.has_value())
{
std::cout << "成功读取值: " << val.value() << std::endl;
}
// 4. 清理数据
redis.del("cpp20_key");
}
catch (const sw::redis::Error &e)
{
std::cerr << "Redis 异常: " << e.what() << std::endl;
return 1;
}
return 0;
}
4.3 编译并运行
# 编译时必须链接 -lredis++ -lhiredis -pthread，并指定 -std=c++20
g++ -std=c++20 main.cpp -o test_redis -lredis++ -lhiredis -pthread
# 运行测试
./test_redis
总结一下
没啥可总结的，快点继续学习叭~