Redis架构详解

Redis是一个内存型键值数据库，采用单线程事件驱动架构（核心处理线程单线程），支持多种数据结构和持久化方案。其架构设计专注于高性能、低延迟和可扩展性。

以下是Redis架构的核心组成部分：

一、单机架构

1. 是什么？
Redis基础架构，单进程单线程模型（6.0后引入多线程I/O），包含：

• 事件循环（Event Loop）：处理网络请求
• 内存存储引擎：数据全内存存储
• 持久化模块：RDB快照和AOF日志
• 客户端连接池

2. 解决什么问题

• 解决磁盘数据库响应慢的问题（内存访问速度比磁盘快10万倍）
• 避免多线程竞争问题（单线程处理命令保证原子性）
• 简化架构设计

3. 核心组件

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二、主从复制架构

1. 是什么？
一主多从架构，主节点处理写操作，从节点异步复制数据。

2. 解决什么问题

• 数据冗余备份（高可用基础）
• 读写分离（主写从读）
• 负载均衡（查询分流到从节点）

3. 数据同步流程

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三、哨兵模式（Sentinel）

1. 是什么？
分布式监控系统，监控主从节点状态并自动故障转移。

2. 解决什么问题

• 主节点故障自动切换（自动选举新主）
• 服务发现（客户端获取最新主节点地址）
• 集群状态监控

3. 故障转移流程

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四、集群模式（Cluster）

1. 是什么？
分布式架构，数据分片存储在16384个槽（slot）中，支持自动分片和故障转移。

2. 解决什么问题

• 海量数据存储（突破单机内存限制）
• 线性扩展性能（支持1000+节点）
• 高可用（内置主从复制+故障转移）

3. 数据分片原理

// Java客户端访问示例（Jedis）
JedisCluster cluster = new JedisCluster(nodes);
cluster.set("key", "value");  // 自动路由到对应槽位节点

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架构对比

架构	适用场景	数据一致性	扩展性
单机	开发测试/小数据量	强一致	不可扩展
主从复制	读多写少	最终一致（异步）	垂直扩展
哨兵模式	高可用生产环境	最终一致	有限扩展
集群模式	大数据量/高并发	分区一致	水平扩展

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重要注意事项

1. 内存管理
   Redis最大内存通过maxmemory配置，超过时触发淘汰策略（LRU/LFU等）

2. 持久化选择

   • RDB：高性能快照，可能丢失数据
   • AOF：高安全日志，性能较低
   • 生产环境建议RDB+AOF混合使用（Redis 4.0+）

3. 线程模型
   Redis 6.0+引入多线程I/O（默认关闭），但命令执行仍是单线程：

4. Java客户端选择

   • Jedis：同步阻塞（简单直接）
   • Lettuce（JDK8+推荐）：基于Netty的异步非阻塞，支持响应式编程

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总结

Redis通过内存存储+高效数据结构实现超高吞吐（10万+QPS），架构演进路线：

单机 → 主从（读写分离）→ 哨兵（高可用）→ 集群（分布式）

典型应用场景：

• 缓存击穿保护（Mutex Key）
• 分布式锁（SETNX命令）
• 实时排行榜（SortedSet）
• 消息队列（Streams数据类型）

Java开发建议：生产环境优先使用Lettuce客户端（支持异步API），集群环境使用RedisTemplate + Spring Data Redis抽象层。

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