2. Redis 基础回顾：核心数据结构与运行机制

在深入削峰与缓存一致性实战之前，必须牢固掌握 Redis 的五大基础数据结构、单线程事件驱动模型以及持久化机制。这些是理解 Redis 高性能、原子性操作以及数据安全特性的基石。

2.1 五大基础数据结构

Redis 是一个键值对数据库，但它的值并不仅仅是简单的字符串。它支持多种数据结构，每种结构都针对特定场景进行了优化。下表总结了五种最常用的数据结构及其核心特性：

2.2 Redis 单线程模型

Redis 的核心处理逻辑是单线程的，这意味着它使用一个主线程（Main Reactor）来处理所有客户端的命令请求。这个模型是 Redis 高性能的关键之一。

• 核心机制： 基于 I/O 多路复用（如 epoll/kqueue）和事件循环（Event Loop）。主线程在一个循环中同时监听多个 Socket 上的可读/可写事件。
• 处理流程： 当有新的连接请求或命令请求到达时，事件处理器将其放入队列，然后单线程依次从队列中取出事件并执行对应的回调函数。
• 优势：
  • 无锁竞争： 避免了多线程编程中常见的锁竞争、上下文切换和死锁问题，数据访问天然线程安全。
  • 可预测性： 执行顺序确定，性能模型简单，易于理解和优化。
  • 高性能： 纯内存操作 + 非阻塞 I/O + 单线程避免了多线程开销，使得 Redis 在绝大多数场景下都能达到极高的吞吐量（通常可达 10万+ QPS）。
• 注意事项： 单线程意味着所有命令都是串行执行的。如果某个命令执行时间过长（如 KEYS *、SMEMBERS 大集合、HGETALL 大哈希），会阻塞后续所有命令，导致 Redis 响应延迟飙升。这是生产环境必须避免的“慢查询”问题。

2.3 Redis 持久化机制

Redis 是内存数据库，但为了防止数据丢失，它提供了两种主要的持久化方式：RDB（快照）和 AOF（追加文件）。理解它们的原理和差异，对于设计高可用缓存架构至关重要。

2.3.1 RDB（Redis Database）

• 原理： 在指定的时间间隔内，将内存中的数据集快照（Snapshot）写入磁盘的二进制文件（默认 dump.rdb）。
• 触发方式：
  • 手动： SAVE（同步阻塞）、BGSAVE（异步，fork 子进程执行）。
  • 自动： 根据配置文件中的 save 指令（如 save 900 1 表示 900 秒内至少 1 个 key 变化则触发）。
• 优点： 文件紧凑，适合备份和灾难恢复；恢复速度比 AOF 快。
• 缺点： 可能会丢失最后一次快照之后的所有数据；fork 子进程时，如果数据集很大，可能会导致服务短暂停顿。

2.3.2 AOF（Append Only File）

• 原理： 以日志的形式记录每个写操作（命令），Redis 重启时会重新执行这些命令来恢复数据。
• 刷盘策略（appendfsync）：
  • always： 每次写命令都同步到磁盘，最安全，但性能最慢。
  • everysec： 每秒同步一次，兼顾性能与安全（推荐，最多丢失 1 秒数据）。
  • no： 由操作系统决定何时同步，性能最快，但数据安全性最差。
• 优点： 数据安全性高（最多丢失 1 秒数据）；AOF 文件可读，便于误操作修复。
• 缺点： 相同数据集下，AOF 文件体积通常比 RDB 大；恢复速度比 RDB 慢。