<h2><center>Redis 扩展部分</center></h2>

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## 一：分布式锁简介

### 1. 简介

分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁

​	分布式锁的核心思想就是让大家都使用同一把锁，只要大家使用的是同一把锁，那么我们就能锁住线程，不让线程进行，让程序串行执行，这就是分布式锁的核心思路

![](http://182.92.143.66:40072/directlink/img/redis/image-202503140001.png)

### 2. 分布式锁满足的条件

- 可见性：多个线程都能看到相同的结果，注意：这个地方说的可见性并不是并发编程中指的内存可见性，只是说多个进程之间都能感知到的变化
- 互斥：互斥是分布式锁的最基本的条件，使得程序串行执行
- 高可用：程序不易崩溃，时时刻刻都保证较高的可用性
- 高性能：由于加锁本身就让性能降低，所有对于分布式锁本身需要他就较高的加锁性能和释放锁性能
- 安全性：安全也是程序中必不可少的一环

![](http://182.92.143.66:40072/directlink/img/redis/image-202503140002.png)

### 3. 常见的分布式锁

Mysql：本身就带有锁机制，但是由于mysql性能本身一般，所以采用分布式锁的情况下，其实使用mysql作为分布式锁比较少见

Redis：作为分布式锁是非常常见的一种使用方式，现在企业级开发中基本都使用redis或者zookeeper作为分布式锁，利用setnx这个方法，如果插入key成功，则表示获得到了锁，如果有人插入成功，其他人插入失败则表示无法获得到锁，利用这套逻辑来实现分布式锁

Zookeeper：也是企业级开发中较好的一个实现分布式锁的方案

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### 4. 设置分布式锁

```bash
[root@redis ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> set name zhangsan NX EX 10
# 添加锁 NX是互斥的  EX设置超时时间
127.0.0.1:6379> setnx class cloud
# 使用SETNX创建互斥锁
```

删除：

```bash
[root@redis ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> del key
```

注意：

- 在获取锁时加入过期时间；可以避免服务宕机，然后死锁
- 添加释放锁需要判断是否是当前线程，避免锁误删操作

### 5. 核心思路

​	我们利用redis 的setNx方法，当有多个线程进入时，我们就利用该方法，第一个线程进入时，redis 中就有这个key 了，返回了1，如果结果是1，则表示他抢到了锁，那么他去执行业务，然后再删除锁，退出锁逻辑，没有抢到锁的，等待一定时间后重试即可

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### 6. 锁的基本接口

![](http://182.92.143.66:40072/directlink/img/redis/image-202503140005.png)

## 二：Redis 数据结构

​	Redis支持的主要数据结构：字符串、列表、哈希、集合、有序集合等

### 1. 字符集（String）

**描述：**

​	最简单的键值对类型，值可以是字符串、整数或二进制数据（最大512MB）

**应用场景：**

- 缓存静态数据（如HTML片段、用户会话）。
- 计数器（文章阅读量、点赞量）。
- 分布式锁（结合 SET key value NX PX 实现）。

**常用命令：**

```shell
SET key value         # 设置键值
GET key               # 获取值
INCR key              # 值自增1（原子性）
DECR key              # 值自减1
APPEND key value      # 追加字符串
STRLEN key            # 获取字符串长度
SETEX key seconds value  # 设置值并指定过期时间（秒）
```

例子：

```bash
[root@redis ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> set key value
OK
127.0.0.1:6379> get key
"value"
127.0.0.1:6379> exists key
(integer) 1
127.0.0.1:6379> strlen key
(integer) 5
127.0.0.1:6379> del key
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get key
(nil)
```


### 2. 列表（List）

**描述：**

​	有序的字符串集合，支持双向操作（类似链表），允许重复元素。

**应用场景：**

- 消息队列（LPUSH + BRPOP 实现阻塞队列）。
- 最新消息列表（如微博 Timeline）。
- 记录用户操作历史（保留最近N条记录）。

**常用命令：**

```shell
LPUSH key value1 [value2]    # 左侧插入元素
RPUSH key value1 [value2]    # 右侧插入元素
LPOP key                     # 左侧弹出元素
RPOP key                     # 右侧弹出元素
LRANGE key start stop        # 获取指定范围的元素
LINDEX key index             # 获取指定索引的元素
LLEN key                     # 获取列表长度
```

例子：

```bash
[root@redis ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> rpush myList value1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> rpush myList value2 value3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lpop myList
"value1"
127.0.0.1:6379> lrange myList 0 1
1) "value2"
2) "value3"
127.0.0.1:6379> lrange myList 0 -1
1) "value2"
2) "value3"
```


### 3. 希哈（Hash）

**描述：**

​	键值对的集合，适合存储对象（如用户信息），支持字段级操作。

**应用场景：**

- 存储对象（如用户信息：user：1 包含 name，age 等字段）。
- 聚合统计（如商品属性管理）。
- 节省内存（相比 JSON 字符串存储，哈希支持按需存取字段）。

**常用命令：**

```shell
HSET key field value      # 设置字段值
HGET key field            # 获取字段值
HGETALL key               # 获取所有字段和值
HDEL key field            # 删除字段
HEXISTS key field         # 判断字段是否存在
HINCRBY key field increment  # 字段值自增整数
```

例子：

```bash
[root@redis ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> hmset userInfoKey name "guide" description "dev" age 24
OK
127.0.0.1:6379> hexists userInfoKey name
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hget userInfoKey name
"guide"
127.0.0.1:6379> hget userInfoKey age
"24"
127.0.0.1:6379> hgetall userInfoKey
1) "name"
2) "guide"
3) "description"
4) "dev"
5) "age"
6) "24"
127.0.0.1:6379> hset userInfoKey name "GuideGeGe"
(integer) 0
127.0.0.1:6379> hget userInfoKey name
"GuideGeGe"
127.0.0.1:6379> hincrby userInfoKey age 2
(integer) 26

```


### 4. 集合（Set）

描述：

​	无序且唯一的字符串集合，支持交并差运算。

应用场景：

- 标签系统（如文章标签）。
- 唯一性控制（如抽奖用户去重）。
- 社交关系（共同关注、好友推荐）。

常用命令：

```shell
SADD key member1 [member2]   # 添加元素
SMEMBERS key                 # 获取所有元素（谨慎使用，可能阻塞）
SISMEMBER key member         # 判断元素是否存在
SINTER key1 key2             # 计算多个集合的交集
SUNION key1 key2             # 计算并集
SDIFF key1 key2              # 计算差集（key1有但key2无）
SPOP key                     # 随机弹出一个元素
```

例子：

```bash
[root@redis ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> sadd mySet value1 value2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> sadd mySet value1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> smembers mySet
1) "value1"
2) "value2"
127.0.0.1:6379> scard mySet
(integer) 2
127.0.0.1:6379> sismember mySet value1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd mySet2 value2 value3
(integer) 2
```


### 5. 有序集合（Sorted Set / ZSet）

**描述：**

​	元素唯一且按分数（score）排序的集合，支持范围查询和排名。

**应用场景：**

- 排行榜（如游戏积分排行）。
- 延时队列（用时间戳作为 score，定时获取到期任务）。
- 范围查询（如按价格区间筛选商品）。

**常用命令：**

```bash
ZADD key score1 member1 [score2 member2]  # 添加元素（带分数）
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]        # 按升序获取元素
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]     # 按降序获取元素
ZRANK key member                          # 获取元素升序排名
ZSCORE key member                         # 获取元素的分数
ZRANGEBYSCORE key min max                 # 按分数范围查询
ZINCRBY key increment member              # 增加元素的分数
```

例子：

```bash
[root@redis ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> zadd myZset 2.0 value1 1.0 value2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zcard myZset
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zscore myZset value1
"2"
127.0.0.1:6379> zrange myZset 0 1
1) "value2"
2) "value1"
127.0.0.1:6379> zrevrange myZset 0 1
1) "value1"
2) "value2"
127.0.0.1:6379> zadd myZset2 4.0 value2 3.0 value3
(integer) 2
```


## 三：Redis 事务处理

 	Redis 的事务处理机制与关系型数据库（如MySQL）的ACID事务有所不同，它通过 MULTI 、EXEC、DISCARD、WATCH等命令实现，提供了一种弱事务性保证。

### 1. Redis 事务核心命令

```shell
MULTI         # 标记事务开始，后续命令会被放入列表，等待EXEC执行
EXEC          # 执行事务队列中的所有命令
DISCARD       # 取消事务，清空队列中的命令
WATCH         # 监视一个或多个键，若事务执行前这些键被修改，则事务终止（乐观锁机制）
UNWATCH       # 取消对所有键的监视
```

### 2. 事务执行流程

基本事务（无 WATCH）

```bash
# 开启事务
> MULTI
OK

# 命令入队（不立即执行）
> SET key1 "value1"
QUEUED
> INCR key2
QUEUED
> GET key1
QUEUED

# 执行事务（原子性）
> EXEC
1) OK          # SET 结果
2) (integer) 5 # INCR 结果
3) "value1"    # GET 结果
```

使用 WATCH 实现乐观锁

```bash
# 监视键 balance
> WATCH balance
OK

# 获取当前余额
> GET balance
"100"

# 开启事务
> MULTI
OK

# 扣减余额
> DECRBY balance 20
QUEUED

# 执行事务（若 balance 未被其他客户端修改，则成功）
> EXEC
1) (integer) 80  # 执行成功

# 若 balance 被其他客户端修改，EXEC 返回 nil，事务终止
> EXEC
(nil)
```

### 3. Redis 事务的特性

**原子性：**

- 事务队列中的命令要么全部执行，要么全部不执行（通过 EXEC 触发原子性）。
- 注意：Redis 事务不支持回滚（Rollback）。即使某个命令执行失败，其他命令仍会继续执行。

**隔离性：**

- 事务中的命令在 EXEC 前不会实际执行，因此其他客户端无法看到中间状态。
- 无脏读 / 不可重复读问题，但可能存在竞态条件（需配合 WATCH 解决）。

**错误处理：**

- 入队错误（如对字符串执行INCR）：事务提交时（EXEC）会拒绝整个事务。

  ```shell
  > MULTI
  OK
  > SET key1 "value1"
  QUEUED
  > INVALID_COMMAND   # 错误命令
  (error) ERR unknown command 'INVALID_COMMAND'
  > EXEC
  (error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
  ```

  
- 执行错误（）：仅错误命令失败，其他命令继续执行。

  ```shell
  > SET key3 "abc"
  OK
  > MULTI
  OK
  > INCR key3        # 执行时会失败
  QUEUED
  > SET key4 "value4"
  QUEUED
  > EXEC
  1) (error) ERR value is not an integer or out of range
  2) OK              # SET key4 成功执行
  ```

  
### 4. 事务使用场景

批量操作原子性：如批量更新用户状态、清理缓存键。

简单事务性逻辑：如转账操作（需配合 WATCH 监控余额）。

避免中间状态暴露：在 MULTI 和 EXEC 之间执行的命令不会立即生效。

### 5. 注意事项

- 避免事务中包含耗时操作：事务执行期间会阻塞其他客户端命令，影响性能。
- 合理使用 WATCH：过度使用 `WATCH` 可能导致频繁事务失败，需结合重试机制。
- 优先使用 Lua 脚本：对于复杂逻辑或需严格原子性的场景，Lua 脚本更可靠。
- 事务不支持回滚：需在应用层处理部分失败的情况（如日志补偿）。