3. Redis 核心数据结构及其适用场景

在深入热点削峰架构之前，必须牢固掌握 Redis 的五种核心数据结构。它们是构建缓存、队列、计数器、排行榜等所有上层能力的基石。理解每种结构的底层实现与适用边界，是设计高性能削峰方案的前提。

3.1 数据结构全景对比

3.2 String — 最基础的原子载体

String 是 Redis 最基础的结构，value 最大 512 MB。底层根据数值大小和字符串长度自动选择 int、embstr 或 raw 编码。在热点削峰中，String 常用于：

• 热点数据缓存： 直接缓存 DB 查询结果，配合 TTL 防止缓存雪崩。
• 计数器： INCR / DECR 原子操作，用于秒杀库存扣减、接口限流令牌。
• 分布式锁： SET key value NX EX seconds 实现互斥锁，是削峰入口的第一道屏障。

# 秒杀库存扣减（原子操作）
DECR stock:1001
# 结果 >= 0 表示扣减成功，< 0 表示已售罄

# 分布式锁（防并发击穿）
SET lock:order:1001 uuid NX EX 10
# 返回 OK 获得锁，执行业务后 DEL 释放

3.3 Hash — 结构化对象存储

Hash 适合存储对象类型数据，如用户信息、商品详情、配置项。相比 String 序列化整个对象，Hash 支持单独读写某个字段，节省带宽且支持部分更新。

• 用户会话： 以 sessionId 为 key，字段存储 userId、expire、role。
• 商品属性： 字段为 price、stock、title，热点商品可单独更新库存字段。
• 配置中心： 应用级配置以 Hash 存储，字段粒度控制热更新。

# 设置用户信息
HSET user:1001 name "张三" age 30 city "北京"

# 只获取年龄字段（避免传输整个对象）
HGET user:1001 age

# 判断字段是否存在（用于缓存穿透校验）
HEXISTS user:1001 name

3.4 List — 消息队列与时间线

List 基于 quicklist（双向链表 + ziplist 压缩）实现，支持双端操作。在削峰架构中，List 常作为轻量级消息队列使用，但需要注意其不支持消息确认机制。

• 异步削峰队列： 生产者 LPUSH 任务，消费者 BRPOP 阻塞消费。
• 时间线/Feed 流： LTRIM 控制列表长度，只保留最新 N 条。
• 栈结构： LPUSH + LPOP 实现后进先出。

# 生产者：推送订单处理任务
LPUSH order:queue "{orderId:1001, userId:5001}"

# 消费者：阻塞获取任务（超时 30 秒）
BRPOP order:queue 30

3.5 Set — 去重与关系计算

Set 基于 hashtable 或 intset 实现，元素唯一且无序。在削峰场景中，Set 主要用于去重拦截和集合运算。

• 用户去重： 秒杀活动使用 SADD 记录已参与用户，SISMEMBER 判断是否重复。
• 标签系统： 用户标签、商品标签，利用 SINTER 做交集推荐。
• 黑白名单： 热点 IP 或设备 ID 直接存入 Set，SISMEMBER O(1) 判断。

# 记录已秒杀用户（去重）
SADD seckill:1001:users user5001

# 判断用户是否已参与（O(1) 拦截）
SISMEMBER seckill:1001:users user5001

# 计算两个活动的共同参与用户
SINTER seckill:1001:users seckill:1002:users

3.6 Sorted Set — 排行榜与延时队列

Sorted Set 基于 skiplist + hashtable 实现，每个元素关联一个 double 类型的 score，按 score 排序。这是削峰架构中最重要的结构之一。

• 实时排行榜： 以 score 为热度值，ZREVRANGE 获取 Top N。
• 延时队列： 以时间戳为 score，消费者轮询 ZRANGEBYSCORE 获取到期任务。
• 滑动窗口限流： 以时间戳为 score，ZREMRANGEBYSCORE 清理过期记录，ZCARD 统计窗口内请求数。

# 延时队列：添加 5 分钟后执行的任务
ZADD delay:order 1620000000 "order:1001"

# 消费者：获取当前时间之前的所有到期任务
ZRANGEBYSCORE delay:order -inf 1620000000

# 滑动窗口限流：记录当前请求时间戳
ZADD rate:api:user5001 1620000000 1620000000
# 移除窗口外的记录（窗口 1 秒）
ZREMRANGEBYSCORE rate:api:user5001 -inf 1619999000
# 统计窗口内请求数
ZCARD rate:api:user5001

3.7 数据结构选型决策流程

3.8 编码转换与内存优化

Redis 会根据数据特征自动选择底层编码，理解这些阈值有助于在削峰场景中控制内存开销：