Redis 手写实现学习指南

学习目标

本学习手册将带您从零开始手写一个简化版的 Redis，深入理解 Redis 的核心原理和实现细节。通过理论与实践相结合的方式，掌握 Redis 的架构设计、数据结构、持久化机制、分布式锁等关键技术。

学习路径

第一阶段：基础架构 (1-3 天)

1. Redis 架构总览与线程模型

  • 文件: 01-architecture.md
  • 重点: 单线程模型、事件循环、I/O 多路复用
  • 实践: 手写基础 Redis 服务器
  • 时间: 4-6 小时

2. RESP 协议与网络通信

  • 文件: 02-resp-protocol.md
  • 重点: 协议解析、管道化、网络优化
  • 实践: 实现完整的协议解析器
  • 时间: 3-4 小时

3. 事件循环与 I/O 多路复用

  • 文件: 03-event-loop.md
  • 重点: epoll/kqueue、事件驱动、异步处理
  • 实践: 优化网络 I/O 性能
  • 时间: 3-4 小时

第二阶段：数据结构 (4-7 天)

4. 底层数据结构设计

  • 文件: 04-data-structures.md
  • 重点: SDS、字典、跳跃表、压缩列表
  • 实践: 实现核心数据结构库
  • 时间: 6-8 小时

5. 字符串与 SDS 实现

  • 文件: 05-string-sds.md
  • 重点: 字符串优化、内存管理、二进制安全
  • 实践: 手写 SDS 实现
  • 时间: 4-5 小时

6. 哈希表与字典实现

  • 文件: 06-hash-dict.md
  • 重点: 哈希算法、渐进式 rehash、冲突解决
  • 实践: 实现高性能字典
  • 时间: 5-6 小时

7. 列表与跳表实现

  • 文件: 07-list-skiplist.md
  • 重点: 双向链表、跳跃表、范围查询
  • 实践: 实现有序数据结构
  • 时间: 6-7 小时

8. 有序集合实现

  • 文件: 08-sorted-set.md
  • 重点: 跳表优化、分数排序、范围操作
  • 实践: 完善有序集合功能
  • 时间: 5-6 小时

第三阶段：存储与持久化 (8-11 天)

9. 内存管理与对象系统

  • 文件: 09-memory-management.md
  • 重点: 对象池、内存分配、GC 优化
  • 实践: 实现内存管理系统
  • 时间: 6-8 小时

10. RDB 持久化机制

  • 文件: 10-rdb-persistence.md
  • 重点: 快照生成、文件格式、压缩算法
  • 实践: 实现 RDB 持久化
  • 时间: 5-6 小时

11. AOF 持久化机制

  • 文件: 11-aof-persistence.md
  • 重点: 日志记录、重写机制、同步策略
  • 实践: 实现 AOF 持久化
  • 时间: 6-7 小时

12. 混合持久化策略

  • 文件: 12-mixed-persistence.md
  • 重点: 混合模式、数据恢复、性能优化
  • 实践: 完善持久化系统
  • 时间: 4-5 小时

第四阶段：分布式系统 (12-15 天)

13. 分布式锁实现

  • 文件: 13-distributed-lock.md
  • 重点: 锁机制、原子操作、容错处理
  • 实践: 实现分布式锁库
  • 时间: 6-8 小时

14. 缓存一致性策略

  • 文件: 14-cache-consistency.md
  • 重点: 一致性模型、更新策略、冲突解决
  • 实践: 实现缓存一致性机制
  • 时间: 7-9 小时

15. 主从复制机制

  • 文件: 15-master-slave.md
  • 重点: 复制协议、数据同步、故障转移
  • 实践: 实现主从复制
  • 时间: 8-10 小时

16. 哨兵模式实现

  • 文件: 16-sentinel.md
  • 重点: 监控机制、自动故障转移、配置管理
  • 实践: 实现哨兵系统
  • 时间: 6-8 小时

第五阶段：性能优化 (16-20 天)

17. 内存优化与 GC 调优

  • 文件: 17-memory-optimization.md
  • 重点: 内存管理、GC 调优、性能监控
  • 实践: 优化内存使用
  • 时间: 6-8 小时

18. 热点数据隔离

  • 文件: 18-hot-data-isolation.md
  • 重点: 热点识别、隔离策略、负载均衡
  • 实践: 实现热点数据管理
  • 时间: 5-6 小时

19. 慢查询监控

  • 文件: 19-slow-query.md
  • 重点: 性能分析、慢查询日志、优化建议
  • 实践: 实现监控系统
  • 时间: 4-5 小时

20. 性能测试与调优

  • 文件: 20-performance-tuning.md
  • 重点: 基准测试、压力测试、性能调优
  • 实践: 全面性能优化
  • 时间: 6-8 小时

️ 实践项目

核心代码文件

  • mini_redis.go: 主程序入口，包含完整的 Redis 服务器实现
  • test_redis.sh: 自动化测试脚本
  • Makefile: 构建和测试工具
  • go.mod: Go 模块配置文件

运行方式

# 1. 构建项目
make build

# 2. 运行服务器
make run

# 3. 运行测试
make test

# 4. 运行基准测试
make benchmark

测试验证

# 使用 redis-cli 测试
redis-cli -p 6380 PING
redis-cli -p 6380 SET key value
redis-cli -p 6380 GET key

# 使用测试脚本
./test_redis.sh

学习建议

1. 学习顺序

  • 按章节顺序学习：每章都有前置知识要求
  • 理论与实践结合：务必运行代码，理解实现细节
  • 对比学习：将我们的实现与 Redis 源码对比
  • 面试准备：重点关注面试要点部分

2. 学习方法

  • 动手实践：每章都要运行和修改代码
  • 深入思考：理解设计原理和优化思路
  • 问题驱动：带着问题学习，解决实际问题
  • 总结归纳：定期总结学习成果

3. 时间安排

  • 每日学习时间: 2-3 小时
  • 总学习周期: 20 天
  • 复习时间: 每周 1-2 小时
  • 项目实践: 每章 1-2 小时

学习成果

技术能力

  • 深入理解 Redis 架构：掌握单线程模型、事件循环等核心概念
  • 数据结构实现：手写 SDS、字典、跳表等核心数据结构
  • 持久化机制：实现 RDB 快照和 AOF 日志两种持久化方式
  • 分布式系统：掌握分布式锁、缓存一致性、主从复制等分布式技术
  • 性能优化：学习内存管理、GC 调优、热点数据隔离等优化技巧

面试准备

  • 理论掌握：深入理解 Redis 的设计原理
  • 实践能力：具备手写 Redis 核心功能的能力
  • 问题解决：能够分析和解决 Redis 相关问题
  • 性能优化：掌握 Redis 性能调优的方法

扩展阅读

推荐书籍

  • 《Redis 设计与实现》- 黄健宏
  • 《Redis 深度历险》- 钱文品
  • 《Go 语言圣经》- Alan Donovan
  • 《高性能 MySQL》- Baron Schwartz

在线资源

贡献指南

如何贡献

  • 发现错误：提交 Issue 报告问题
  • 改进建议：提出优化建议
  • 代码贡献：提交 Pull Request
  • 文档完善：改进文档内容

贡献流程

  1. Fork 项目
  2. 创建特性分支
  3. 提交更改
  4. 创建 Pull Request
  5. 代码审查
  6. 合并代码

许可证

MIT License

开始您的 Redis 手写之旅吧！

通过本学习手册，您将不仅掌握 Redis 的核心技术，更将具备手写一个高性能数据库的能力。这将为您的技术成长和职业发展奠定坚实的基础。