Redis 五种数据结构详解

Redis 不只是缓存，它的五种数据结构各有各的用处，搞懂了才能用对地方。

1. String（字符串）

最基础的数据结构，存字符串、数字都行。

SET name "张三"
GET name
INCR count
SET token "abc123" EX 3600

应用场景：缓存用户信息、计数器、分布式锁、会话存储。

2. Hash（哈希）

存键值对，适合存对象。

HSET user:1 name "张三" age 25 city "北京"
HGET user:1 name
HGETALL user:1

应用场景：存用户信息、商品信息，比 String 存 JSON 更省空间。

3. List（列表）

有序列表，可以从头或尾加元素。

LPUSH messages "hello"
LPUSH messages "world"
LRANGE messages 0 -1

应用场景：消息队列、最新消息列表、朋友圈时间线。

4. Set（集合）

无序不重复集合。

SADD tags "PHP"
SADD tags "MySQL"
SMEMBERS tags
SISMEMBER tags "PHP"

应用场景：标签、共同好友、去重。

5. ZSet（有序集合）

每个元素带分数，按分数排序。

ZADD rank 100 "张三"
ZADD rank 90 "李四"
ZREVRANGE rank 0 9 WITHSCORES

应用场景：排行榜、计分板、优先级队列。

总结

五种数据结构各有用处：

• String：简单缓存、计数器
• Hash：存对象
• List：队列、时间线
• Set：去重、标签
• ZSet：排行榜

选对数据结构，性能才能发挥出来。

Redis 缓存穿透解决方案

缓存穿透是指查询一个数据库里根本不存在的数据，因为缓存里也没有，所以每次请求都打到数据库。如果有人恶意攻击，数据库可能被打挂。

什么是缓存穿透

正常流程：先查缓存，缓存有就直接返回，没有再查数据库，然后写入缓存。

如果查询的数据数据库里也没有，那缓存永远都不会命中，每次请求都会查数据库，这就是缓存穿透。

解决方案一：缓存空值

最简单的办法，数据库查不到也往缓存里写一个空值，设个短过期时间。

$data = $redis->get($key);
if ($data === null) {
    $data = $db->query($sql);
    if ($data === null) {
        // 缓存空值，60秒过期
        $redis->setex($key, 60, '');
    } else {
        $redis->setex($key, 3600, $data);
    }
}

优点：简单直接
缺点：会占用更多缓存空间，大量空值缓存会浪费内存

解决方案二：布隆过滤器

在缓存前面加一层布隆过滤器，先判断数据是否存在，不存在直接返回。

布隆过滤器的原理是用一个大的位数组和多个哈希函数，把存在的数据标记为1。查询时如果所有哈希位置都是1，说明可能存在；只要有一个位置是0，说明一定不存在。

优点：内存占用小，效率高
缺点：有一定误判率（说存在可能不存在，说不存在一定不存在）

两种方案对比

总结

缓存穿透是常见的缓存问题，小项目用缓存空值就够了，大项目数据量大就上布隆过滤器。两种方案都能解决问题，根据实际场景选就行。

前言

Redis 缓存是高并发系统的标配，但用不好反而会出大问题。缓存穿透、击穿、雪崩这三个经典问题，几乎每个后端开发都踩过坑。本文用实战的方式，带你彻底搞懂这三个问题的原理和解决方案。

一、缓存穿透

什么是穿透

查询一个数据库里根本不存在的数据，缓存里也没有，每次请求都打到数据库上。这就是缓存穿透。

比如有人恶意请求 id = -1 的用户数据，数据库里永远查不到，缓存里也永远没有，每次请求都要查一次数据库。

解决方案

1. 缓存空值

function getUserById($id) {
    $user = $redis->get("user:{$id}");

    if ($user === false) {
        // 数据库查询
        $user = $db->query("SELECT * FROM users WHERE id = ?", [$id])->fetch();

        if ($user) {
            $redis->setex("user:{$id}", 3600, json_encode($user));
        } else {
            // 空值也缓存，短时间过期
            $redis->setex("user:{$id}", 60, 'NULL');
        }
    }

    return $user === 'NULL' ? null : $user;
}

优点：简单直接
缺点：如果恶意请求的 id 非常多，会占用大量缓存空间

2. 布隆过滤器

在缓存前面加一层布隆过滤器，先判断这个 id 是否存在，不存在直接返回。

// 初始化布隆过滤器，把所有存在的 id 放进去
$bloomFilter = new RedisBloomFilter($redis);
$bloomFilter->add($allUserIds);

function getUserById($id) {
    // 先查布隆过滤器，不存在直接返回
    if (!$bloomFilter->exists($id)) {
        return null;
    }

    // 再走缓存查询...
}

优点：占用空间小，效率高
缺点：有一定误判率，实现复杂

二、缓存击穿

什么是击穿

某个热点 key 突然过期了，这一瞬间大量请求同时打到数据库上，就像被击穿了一样。

和穿透的区别：穿透是数据不存在，击穿是数据存在但缓存过期了。

解决方案

1. 互斥锁

function getHotProduct($id) {
    $product = $redis->get("product:{$id}");

    if ($product === false) {
        // 尝试获取锁
        $lockKey = "lock:product:{$id}";
        $isLocked = $redis->set($lockKey, 1, ['NX', 'EX' => 10]);

        if ($isLocked) {
            // 拿到锁，查数据库
            $product = $db->query("SELECT * FROM products WHERE id = ?", [$id])->fetch();
            $redis->setex("product:{$id}", 3600, json_encode($product));
            $redis->del($lockKey);
        } else {
            // 没拿到锁，等一会再查缓存
            usleep(10000);
            return getHotProduct($id);
        }
    }

    return $product;
}

优点：保证只有一个请求查数据库
缺点：实现复杂，有死锁风险

2. 热点数据永不过期

对真正的热点数据，直接设置永不过期，由后台异步更新。

// 热点数据不设过期时间，后台定时更新
$redis->set("hot_product:{$id}", json_encode($product));

三、缓存雪崩

什么是雪崩

大量缓存 key 在同一时间集体过期，或者 Redis 整个宕机了，所有请求瞬间全部打到数据库上，数据库直接被压垮。

和击穿的区别：击穿是一个热点 key，雪崩是大量 key 同时失效。

解决方案

1. 过期时间加随机值

// 不要所有 key 都设成 3600 秒过期
$ttl = 3600 + rand(0, 600);  // 在 1 小时基础上加 0-10 分钟随机值
$redis->setex("product:{$id}", $ttl, json_encode($product));

这样就不会出现大量 key 同一时间过期的情况。

2. Redis 集群高可用

部署 Redis 主从 + 哨兵，或者 Redis Cluster，确保 Redis 本身不会单点故障。

3. 服务降级限流

当数据库压力过大时，主动限流，返回兜底数据。

// 简单的降级逻辑
if ($redis->ping() === false) {
    // Redis 挂了，直接返回默认数据
    return getDefaultProduct();
}

四、三种问题对比

总结

缓存三件套的核心思路：

1. 穿透：不让不存在的数据反复打数据库
2. 击穿：热点数据过期时只让一个请求去查数据库
3. 雪崩：让缓存失效时间错开，同时保证 Redis 高可用

搞懂这三个问题，你的缓存方案才算真正入门了。