Redis
归纳 Redis 数据类型、缓存应用与常见运行边界。
Redis
Redis 把数据放在内存中，支持多种数据类型和 TTL，常用于缓存、共享会话、计数、限流、排行榜和任务状态。
数据类型与选择
| 类型 | 用途 | 常用命令 |
|---|---|---|
| String | 缓存、计数器、锁；可存二进制数据 | SET、GET、INCR |
| List | 有序且可重复的列表、简单队列 | RPUSH、LPOP、LRANGE、LTRIM |
| Hash | 对象的字段和值 | HSET、HGET、HINCRBY |
| Set | 无序去重、交并差集 | SADD、SISMEMBER、SINTER |
| ZSet | 成员唯一，按 score 排序；排行榜、延迟队列 | ZADD、ZRANGE、ZINCRBY |
| Bitmap | 基于 String 的位操作，适合签到等布尔状态 | SETBIT、GETBIT、BITCOUNT |
| HyperLogLog | 近似去重计数，例如 UV | PFADD、PFCOUNT |
| GEO | 地理位置和距离查询 | GEOADD、GEOSEARCH |
| Stream | 消息流、消费组、待确认消息管理 | XADD、XREADGROUP、XACK |
Agent 的短期对话缓存可以用 List：按顺序追加，LRANGE 读取最近消息，LTRIM 控制窗口，再用 TTL 过期。需要按消息 ID 查属性时考虑 Hash；需要消费组、确认和重试管理时考虑 Stream。
Pub/Sub 与 Stream
Pub/Sub 把消息广播给在线订阅者，不保存消息，离线不能补收，适合即时通知。Stream 保存消息，支持按 ID 读取、消费组和 ACK，适合需要处理进度的消息消费；持久性仍取决于持久化、复制和裁剪配置。
SDS 与跳表
String 的字符串表示使用 SDS，保存长度和容量，获取长度为 O(1)，能存包含 \0 的二进制数据，并通过预留空间减少扩容；整数等值还可能采用其他编码。
跳表在有序链表上增加随机层高的索引。查找时从高层跳跃，快要超过目标时降一层，平均查找、插入和删除复杂度为 O(log N)。例如查找 7，可以先从高层跳到 4，再降到底层经过 5 找到 7，无需从头遍历。
ZSet 的常见较大规模编码使用字典加跳表：字典按成员查分数，跳表支持排序和范围查询；小集合可使用紧凑编码。
持久化
| 方式 | 恢复方式 | 主要取舍 |
|---|---|---|
| RDB | 加载某时刻的数据快照 | 文件通常较小、恢复快；可能丢失快照后的变更 |
| AOF | 重放写操作日志，可通过重写压缩 | 丢失窗口取决于 fsync 策略；通常占用更多空间和恢复时间 |
可结合两者使用，具体取决于可接受的数据丢失窗口与恢复时间。
过期与内存淘汰
过期按 TTL 判断数据是否失效；淘汰是在达到 maxmemory 时释放空间，两者不是同一件事。
Redis 结合访问时检查的惰性过期，以及后台周期检查的主动过期。不会给每个 key 单独创建定时器，也不保证 TTL 到点就立即释放全部物理内存。
达到内存限制后，行为由淘汰策略决定：
noeviction：拒绝需要分配内存的写命令，读和删除通常仍可执行。- LRU：偏向淘汰最近较少访问的数据。
- LFU：偏向淘汰访问频率较低的数据。
- Random：随机淘汰。
volatile-ttl：从带过期时间的键中，优先淘汰剩余寿命短的键。
allkeys-* 面向所有键，volatile-* 只面向设置过期时间的键；LRU、LFU 使用近似策略。即使启用淘汰，若没有合适对象或仍无法释放足够空间，也可能拒绝写入。
事务
MULTI → 命令入队 → EXEC。入队期间其他客户端仍能执行命令；到 EXEC 执行队列时，其他客户端命令不会插入其中。Pipeline 只是减少网络往返，本身不提供事务隔离。
WATCH 在 MULTI 前监视 key；执行 EXEC 前，若受监视的键发生修改，事务取消并返回空结果，客户端决定是否重试。
Redis 不支持事务回滚：入队阶段的命令名、参数等错误会导致整个事务拒绝执行；执行阶段某条命令失败，其他命令仍会继续，已经成功的修改不会撤销。参见 Redis 事务文档。
分布式锁
用一条命令原子地设置持有者和过期时间：
SET lock_key request_id NX PX 30000
NX 表示不存在才写入，PX 设置毫秒 TTL，request_id 是本次持锁的唯一标识。释放时用 Lua 原子地比较标识并删除，避免误删别人的锁；续期也应检查持有者。
执行时间超过 TTL、进程暂停或主从切换，都可能破坏预期的互斥。严格的一致性需求还要由业务端校验，例如用 fencing token 拒绝过期持有者的写入。参见 Redis 分布式锁说明。
缓存穿透、击穿、雪崩
| 问题 | 原因 | 应对 |
|---|---|---|
| 穿透 | 请求的数据在缓存和数据库中都不存在，持续回源 | 校验参数、短 TTL 缓存空值、布隆过滤器拦截确定不存在的 key |
| 击穿 | 单个热点 key 失效，大量请求同时回源 | 合并回源请求或互斥重建；能接受旧数据时，可用逻辑过期后异步刷新 |
| 雪崩 | 大量 key 同时失效，或缓存服务不可用 | TTL 加随机偏移、提高可用性、限流和降级，必要时增加本地缓存 |
热点数据不设物理过期时间时，也需要更新与清理策略；后台刷新返回旧值的方案，要明确业务能接受多旧的数据。
