2. Redis 基础回顾：数据结构概览与适用场景

在深入后端鉴权拦截与性能优化之前，必须重新夯实 Redis 的数据结构基础。Redis 之所以能成为缓存与鉴权场景的首选，核心在于其丰富的数据类型与原子操作。本章将系统回顾五种核心数据结构：String、Hash、List、Set、Sorted Set，并重点分析它们在鉴权 Token 存储、会话管理、速率限制等场景中的选型依据。

2.1 数据结构全景对比

下表从底层编码、时间复杂度、最大容量三个维度对比五种核心数据结构，帮助你在设计鉴权缓存时快速决策。

2.2 核心数据结构详解与鉴权命令

2.2.1 String — 最基础的鉴权键值

String 是 Redis 最基础的数据类型，在鉴权场景中通常用于缓存 Token → 用户ID 的映射，或存储 API Key 的明文/哈希值。其操作原子性（SETNX）可用于实现分布式锁，防止鉴权缓存击穿。

# 缓存 Token 与用户信息（JSON 序列化）
SET token:abc123 '{"userId":1001,"role":"admin","exp":1700000000}' EX 3600

# 原子性写入（不存在时才设置，用于分布式锁）
SETNX lock:auth:user:1001 "locked"

# 批量获取多个 Token 状态
MGET token:abc123 token:def456 token:ghi789

2.2.2 Hash — 用户会话的最佳载体

Hash 允许你在一个 Key 下存储多个字段，非常适合存储用户会话的 结构化属性（userId、role、permissions、expireTime）。相比 String 序列化整个对象，Hash 支持单独读写某个字段，减少网络传输量。

# 存储用户会话（每个字段独立）
HSET session:user:1001 userId 1001 role "admin" permissions "read,write" expireAt 1700000000

# 仅获取角色字段（避免传输整个对象）
HGET session:user:1001 role

# 判断会话是否存在（字段计数）
HEXISTS session:user:1001 userId

# 获取所有字段（慎用，O(N) 复杂度）
HGETALL session:user:1001

2.2.3 List — 异步鉴权日志队列

List 基于双向链表实现，适合用作 消息队列。在鉴权拦截中，可以将每次鉴权请求的日志（IP、时间、结果）异步推入 List，由后台消费者批量写入数据库，避免同步 I/O 阻塞鉴权链路。

# 生产者：鉴权通过后推送日志
LPUSH auth:log:queue '{"ip":"192.168.1.1","time":1700000000,"result":"allow"}'

# 消费者：阻塞式获取日志（BRPOP 支持超时）
BRPOP auth:log:queue 5

# 查看队列长度（监控积压）
LLEN auth:log:queue

2.2.4 Set — 黑名单与权限集合

Set 提供 O(1) 复杂度的成员判断能力，是 黑名单/白名单 场景的天然选择。在鉴权拦截中，可以用 Set 存储被拉黑的 Token 或 IP，拦截时直接通过 SISMEMBER 判断。

# 添加黑名单 IP
SADD blacklist:ip "192.168.1.100" "10.0.0.5"

# 判断请求 IP 是否在黑名单中（O(1)）
SISMEMBER blacklist:ip "192.168.1.100"

# 获取所有黑名单 IP（慎用，O(N)）
SMEMBERS blacklist:ip

# 集合运算：获取同时存在于两个权限集合的用户
SINTER role:admin role:api-access

2.2.5 Sorted Set — 滑动窗口限流核心

Sorted Set 的每个元素都关联一个 score（通常使用时间戳），可以按 score 范围高效查询。这是实现 滑动窗口限流 的唯一 Redis 原生方案：将每次请求的时间戳作为 score 加入集合，通过 ZREMRANGEBYSCORE 移除窗口外的旧记录，再用 ZCARD 统计当前窗口请求数。

# 滑动窗口限流：记录用户 1001 在时间戳 1700000000 的请求
ZADD rate:limit:user:1001 1700000000 "req:1700000000:uuid"

# 移除 1 秒前的所有记录（窗口大小 1 秒）
ZREMRANGEBYSCORE rate:limit:user:1001 0 1699999999

# 统计当前窗口内的请求数
ZCARD rate:limit:user:1001

# 获取窗口内所有请求时间戳（调试用）
ZRANGE rate:limit:user:1001 0 -1 WITHSCORES

2.3 数据结构选型决策流程

下图展示了在鉴权拦截场景中，如何根据业务需求快速选择 Redis 数据结构。该流程覆盖了 Token 校验、会话管理、限流、黑名单四个核心子场景。

2.4 常用命令速查表

以下表格整理了鉴权拦截场景中最常用的 Redis 命令，按数据结构分类，并标注了时间复杂度与典型用途。

2.5 内存优化与编码转换

Redis 会根据数据量自动选择底层编码以节省内存。理解编码转换阈值，可以在设计鉴权缓存时提前规避性能陷阱。