고급 기능
redis (remote dictionary server)
데이터를 비정형 형식으로 저장하는 nosql 데이터베이스의 일종으로 메모리 기반의 키-값 데이터 저장소다
주요 특징
in-memory data store
데이터를 메모리에 저장하여 읽기/쓰기 속도가 매우 빠르다
다만 대규모 데이터 저장 시 비용이 증가한다
데이터의 영구 저장도 필요한 경우에 지원한다 (rdb/aof)
key-value store
데이터를 키와 값 형태로 저장한다
값에 넣을 수 있는 데이터 구조
- Strings, Lists, Sets, Sorted Sets, Hashes, Streams, HyperLogLogs, Bitmaps
싱글 스레드 기반
I/O와 명령어 실행의 병목을 최소화하기 위해 싱글 스레드로 동작하기에 분산/멀티 스레드 환경에서의 동시성 제어 문제를 갖지 않는다
사용 사례
캐싱, 분산 락, 세션 관리, 실시간 데이터 처리, pub/sub 메시징, 레이트 리미팅 등
레디스 설치
아키텍처
메모리 기반 데이터 저장
모든 데이터를 key-value 형태로 메모리에 저장하고 필요에 따라 디스크에서 백업한다
메모리에서 데이터를 처리하므로 매우 빠르긴 하지만 메모리가 부족하면 성능 저하가 발생한다
싱글 스레드 아키텍처
싱글 스레드로 명령어를 fifo(first-in-first-out) 방식으로 처리한다
클라이언트의 요청(레디스 명령)을 싱글스레드로 처리하고 내부적으로 i/o 멀티플렉싱(비동기 이벤트 처리)을 사용하여 고성능을 유지한다
레디스의 성능은 cpu 작업보다는 메모리와 네트워크 속도에 의존한다
네트워크 i/o 작업이 레디스의 성능 병목 현상 중 하나인데 이를 해결하기 위해 네트워크 파싱을 멀티스레드로 처리할 수 있는 threaded io 기능을 도입했다
데이터 지속성
레디스는 메모리 기반이지만 영구성을 제공하여 데이터를 디스크에 저장할 수 있다
rdb (redis database snapshot)
- 특정 시점의 데이터를 스냅샷으로 디스크에 저장하는 방식
- 최근 데이터를 손실할 수 있다
aof (append-only file)
- 모든 쓰기 작업을 로그에 기록한다
- 데이터 손실 가능성이 적지만 파일 크기가 증가한다
혼합모드
- rdb와 aof를 조합하여 성능과 데이터 안전성을 모두 만족시킨다
네트워크 모델
레디스는 기본적으로 요청-응답(클라이언트-서버) 모델을 따른다
클라이언트는 TCP를 통해 레디스 서버와 통신한다
주요 구성 요소
레디스 서버
레디스의 핵심 서버 프로세스
클라이언트의 요청을 처리하고 데이터를 관리한다
레디스 클라이언트
다양한 언어에서 레디스와 통신할 수 있는 클라이언트를 지원한다
java: jedis, lettuce, redisson
레디스 데이터
레디스의 메모리에 저장된 데이터
키-값 데이터외에도 다양한 데이터 구조를 지원한다
메커니즘
데이터 그룹화, 키와 값
레디스는 관계형 데이터베이스처럼 테이블을 사용하지 않는다
대신 모든 데이터는 키(key)를 통해 그룹화되며 데이터의 구조나 타입은 키에 저장되는 값(value)에 의해 결정된다
키는 데이터를 식별하는 고유한 문자열이고, 값의 데이터 타입은 미리 정의되지 않는다 (schemaless)
레디스는 하나의 키에 하나의 데이터 타입만 저장할 수 있다
따라서 각 키에 저장된 데이터 타입에 맞는 명령어로만 작업을 수행할 수 있다
key: "user:1001" (키를 통해 데이터 그룹화)
value: {name: "hansanhha", job: "developer"} (값은 hash 타입으로 저장)
키 네이밍 규칙
레디스에서 키의 이름은 일반적으로 콜론(:)을 사용해서 지정한다
user:1001 user:1001:techstack order:20250214:status
데이터 삽입
데이터를 삽입하려면 명령어를 통해 키와 값을 지정해야 한다 (값은 특정 데이터 타입으로 저장)
기본적인 데이터 삽입
SET user:1001 "hansanhha" -- 단순 문자열 저장
HSET user:1001 job "developer" -- 해시에 필드와 값 저장
LPUSH user:1001:techstack "redis" -- 리스트에 값 추가
데이터 접근
데이터 조회
RDBMS에서 SQL 쿼리를 통해 데이터에 접근하는 반면, 레디스는 키를 통해 데이터에 직접 접근한다
해당 키에 저장된 데이터 타입에 따라 적절한 명령어를 사용해야 한다
GET user:1001 -- 문자열 값을 가져온다 (hansanhha)
HGET user:1001 job -- hash에서 특정 필드 값을 가져온다 (developer)
LRANGE user:1001:techstack 0 -1 -- list의 특정 범위를 가져온다 (redis)
와일드카드 조회
키를 검색할 때 와일드카드 문자를 지원한다
KEYS "user:*" -- "user:1001", "user:1002" ....
데이터 삭제
키를 사용하여 특정 키 또는 특정 데이터 타입 내의 일부 데이터를 삭제할 수 있다
키 삭제
여러 키를 동시에 삭제할 수도 있다
DEL user:1001 -- user:1001 키 및 관련된 모든 데이터 삭제
DEL user:1001 user:1002
데이터 타입 내부 삭제
HDEL user:1001 name -- 해시에서 name 필드 삭제
LREM user:1001:techstack 1 "redis" -- 리스트에서 "redis" 1개 삭제
데이터 ttl (time-to-live)
레디스는 데이터에 유효 기간을 설정할 수 있는 기능을 제공한다
지정된 시간이 지나면 자동으로 데이터가 삭제된다
EXPIRE session:1234 300 -- 특정 키에 ttl 설정
SETEX session:1234 300 "active" -- 값을 설정하면서 ttl 설정
ttl 확인
TTL session:1234 -- 남은 유효 시간 확인
PERSIST session:1234 -- ttl을 제거하여 데이터를 영구적으로 저장
데이터 타입
string
레디스에서 가장 기본적인 타입으로 모든 데이터는 내부적으로 문자열로 저장된다
단순 텍스트, json, 바이너리 데이터 등 다양한 형태로 저장할 수 있다
특징: 최대 저장 크기: 512mb
사용: 캐싱, 간단한 카운터(조회수)
hash
필드와 값을 저장할 수 있는 키-값 쌍의 집합이다
특징: 키는 하나, 그 아래 여러 필드-값의 쌍을 관리한다
사용: 객체 정보 저장(사용자 정보, 상품 상세 정보)
list
순서가 있는 문자열 리스트로 요소를 앞이나 뒤에서 삽입/삭제할 수 있다
특징: 순서 유지, 중복 허용, 스택과 큐로 활용 가능
사용: 작업 대기열(메시지 처리), 타임라인 데이터 저장
set
중복되지 않는 유일한 값들의 집합
특징: 집합 연산 최적화, 순서 없음, 중복된 값은 자동으로 제거
사용: 태그 관리(게시글 태그), 유니크한 사용자 id 저장
sorted set
점수를 기반으로 자동 정렬되는 집합으로 값과 점수를 함께 저장한다
특징: 값 중복 X, 점수를 기준으로 오름차순 정렬
사용: 순위표 관리(게임 랭킹), 시간 기반 데이터 정렬(최신 뉴스)
bitmaps
문자열을 비트 단위로 조작하여 효율적으로 데이터를 저장할 수 있다
특징: 효율적인 메모리 사용, 특정 비트를 설정하거나 조회 가능
사용: 사용자 활성 상태 추적, 대규모 플래그 관리
hyperloglog
대규모 데이터에서 고유값의 개수를 추정하는데 사용되는 확률적 데이터 구조
특징: 정확한 개수가 아닌 추정값 제공, 고정적 메모리 사용량(12kb)
사용: 대규묘 사용자의 고유 방문자 수 추적
streams
고성능 로그 데이터 구조, 스트리밍 데이터 처리 가능
특징: 시간 순 정렬, 소비자 그룹을 지원하여 분산 처리 가능
사용: 실시간 이벤트 로그, 채팅 메시지 저장
주요 명령어
공통 명령어
SET key value: 키에 값을 저장
SETNX key value 또는 SET key value NX: 키가 없는 경우에만 값 저장(주로 락 처리에 사용)
SET key value PX <millisecond>: 데이터 저장 및 지정한 시간 이후 삭제
GET key: 키의 값을 조회
GETSET key value: 키의 값을 조회하고 새로운 값으로 설정
DEL key: 키와 값을 삭제
EXISTS key: 키가 존재하는 지 확인 (존재: 1, 존재X: 0)
EXPIRE key seconds: 키의 ttl(time-to-live) 설정
TTL key: 키의 남은 ttl 확인
RENAME key new_key: 키 이름 변경
TYPE key: 키 데이터 타입 확인
데이터 타입 별 주요 명령어
string
증가/감소
INCR key: 값 1 증가(정수형 값)DECR key: 값 1 감소INCRBY key amount: amount만큼 값 증가DECRBY key amount: amount만큼 값 감소
SET counter 10 -- counter에 10 저장
INCR counter -- counter를 1 증가 → 11
DECRBY counter 5 -- counter를 5 감소 → 6
hash
필드 추가/수정
HSET key field value: 필드와 값 저장HMSET key field1 value1 field2 value2 ...: 여러 필드와 값 저장
필드 조회
HGET key field: 특정 필드의 값 조회HMGET key field1 field2 ...: 여러 필드 조회HGETALL key: 모든 필드와 값 조회
필드 삭제
HDEL key field: 특정 필드 삭제
HSET user:1001 name "hansanhha" -- name 필드에 "hansanhha" 값 저장
HSET user:1001 job "developer" -- job 필드에 "developer" 값 저장
HGET user:1001 name -- name 필드 조회 "hansanhha"
HGETALL user:1001 -- 모든 필드와 값 조회 {name: "hansanhha", job: "developer"}
list
값 추가
LPUSH key value: 리스트 앞(왼쪽)에 값 추가RPUSH key value: 리스트 뒤(오른쪽)에 값 추가
값 조회
LRANGE key start stop: 지정한 범위의 값 조회LINDEX key index: 특정 인덱스의 값 조회
값 삭제
LPOP key: 리스트 앞(왼쪽) 값 제거 및 반환RPOP key: 리스트 뒤(오른쪽) 값 제거 및 반환
LPUSH user:1001:techstack "java" -- "java" 값 추가 ["java"]
RPUSH user:1001:techstack "redis" -- "redis" 값 추가 ["java", "redis"]
LRANGE user:1001:techstack 0 -1 -- 모든 값 조회 ["java", "redis"]
LPOP user:1001:techstack -- 왼쪽(앞) 값 제거 및 반환: "java", 남은 값: ["redis"]
set
값 추가/삭제
SADD key value: 값 추가SREM key value: 값 삭제
값 조회
SMEMEBERS key: 모든 값 조회SISMEMEBER key value: 특정 값의 존재 여부 확인
집합 연산
SUNION key1 key2: 두 집합의 합집합SINTER key1 key2: 두 집합의 교집합SDIFF key1 key2: 첫 번째 집합에서 두 번째 집합을 뺀 차집합
SADD user:1001:techstack "java" "redis" -- 값 추가 {"java", "redis"}
SISMEMBER user:1001:techstack "java" -- "java 존재 여부 확인" -> 1 (존재)
SREM user:1001:techstack "java" -- "java" 값 삭제
sorted set
값 추가/삭제
ZADD key score value: 점수와 값을 함께 저장ZREM key value: 값 삭제
값 조회
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]: 지정한 범위의 값을 점수 기준으로 정렬하여 조회ZRANK key value: 값의 순위 조회
ZADD leaderboard 100 "hansanhha" # hansanhha를 점수 100으로 추가
ZADD leaderboard 200 "userX" # userX를 점수 200으로 추가
ZRANGE leaderboard 0 -1 # 모든 값 조회 ["hansanhha", "userX"]
ZRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES # 점수 포함 모든 값 조회 ["hansanhha", 100, "userX", 200]
트랜잭션 명령어
MULTI: 트랜잭션 시작
EXEC: 트랜잭션 실행
DISCARD: 트랜잭션 취소
WATCH key [key...]: 하나 이상의 키를 감시하여, 트랜잭션 실행 전에 키가 변경되면 트랜잭션이 취소된다
UNWATCH: 감시 중인 키 해제
MULTI -- 트랜잭션 시작
SET user:1001 "hansanhha" -- 명령어 추가
SET user:1002 "userX" -- 명령어 추가
EXEC -- 트랜잭션 실행
WATCH balance -- balance 키 감시
MULTI -- 트랜잭션 시작
DECR balance 100 -- balance에서 100 차감
EXEC -- 트랜잭션 실행
EXEC 명령어를 수행하기 전에 다른 클라이언트에서 balance를 수정하면 트랜잭션이 취소된다
lua 스크립트 명령어
lua 스크립트에 명령어를 작성하여 클라이언트와 서버 간의 네트워크 i/o를 줄이면서 복잡한 로직을 처리할 수 있다
스크립트를 통한 명령어 수행은 완전한 원자성을 보장한다
EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...] : lua 스크립트 실행
- script: 실행할 lua 코드
- numkeys: 키의 개수
- key: 스크립트에서 사용할 redis 키
- arg: 스크립트에서 사용할 인수
EVALSHA sha1 numkeys key [key ...] arg [arg ...]: 캐시된 스크립트 실행
SCRIPT LOAD script: 스크립트를 서버에 로드하고 SHA1 해시 값 반환
SCRIPT FLUSH: 서버에서 모든 스크립트 삭제
SCRIPT EXISTS sha1 [sha1 ...]: 특정 스크립트가 서버에 존재하는지 확인
EVAL "return redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1])" 1 user:1001, "hansanhha"
-- KEYS[1]: user:1001 키로 전달된 레디스 키
-- ARGV[1]: "hansanhha"로 전달된 인수
SCRIPT LOAD "return redis.call('GET', KEYS[1])"
-- 스크립트를 로드하고 SHA1 해시를 반환한다
-- 이후 EVALSHA를 통해 스크립트를 실행할 수 있다
EVALSHA <sha1> 1 user:1001
-- user:1001 키의 값 조회
관리 명령어
FLUSHDB: 현재 레디스 데이터베이스의 모든 데이터 삭제
FLUSHALL: 모든 데이터베이스의 모든 데이터 삭제
INFO: 레디스 서버 정보 및 통계 확인
PING: 레디스 서버가 동작 중인지 확인
PING -- "PONG" 반환
pub/sub
pub/sub 개념
publish/subscribe 기능은 발행자(publisher)가 메시지를 발행하면 해당 채널(channel)에 구독(subscribe)한 구독자(subscriber)들이 메시지를 실시간으로 받을 수 있는 메시징 시스템이다
채널
메시지가 전달되는 경로
발행자는 특정 채널로 메시지를 보낸다
구독자는 하나 이상의 채널을 구독하여 메시지를 받을 수 있다
발행자
채널에 메시지를 발행하는 역할을 한다
발행자와 구독자는 직접적으로 연결되지 않는다
구독자
특정 채널을 구독하여 해당 채널로 전달된 메시지를 실시간으로 수신한다
브로드캐스트 모델
메시지는 구독자에게만 전달되며 따로 저장되지 않는다
레디스의 pub/sub 기능은 브로드캐스트 모델로 작동한다
pub/sub 명령어
발행
PUBLISH channel message: 특정 채널에 메시지를 발행한다
PUBLISH tooniverse "짱구는 못말려 시작"
구독
SUBSCRIBE channel [channel ...]: 하나 이상의 채널을 구독한다
구독 후, 해당 채널에서 메시지가 발행될 때마다 실시간으로 메시지를 수신한다
SUBSCRIBE tooniverse
패턴 구독
PSUBSCRIBE pattern [pattern ...]: 정규식을 이용하여 하나 이상의 채널을 구독한다
PSUBSCRIBE news.*
-- news.sports, news.whether 등 news.로 시작하는 모든 채널을 구독한다
구독 해제
UNSUBSRCRIBE [channel ...]: 특정 채널의 구독 해제한다
PUNSUBSCRIBE [pattern ...]: 특정 패턴 구독을 해제한다
UNSUBSCRIBE tooniverse
pub/sub 동작 과정
레디스 서버는 해시 테이블을 사용해서 각 채널과 관련된 구독자 목록을 그룹화하여 관리한다
발행자가 메시지를 보낼 때 해당 채널에 등록된 모든 구독자에게 브로드캐스트 방식으로 메시지를 전달하며 레디스 서버는 메시지를 저장하지 않는다
발행-구독 흐름
- 구독자 A가 특정 채널을 구독한다
SUBSCRIBE tooniverse - 구독자 B도 동일한 채널을 구독한다
- 발행자가
PUBLISH tooniverse "짱구는 못말려 시작"명령어로 메시지를 발행한다 - 레디스는 이 메시지를 tooniverse 채널을 구독한 모든 클라이언트(A, B)에게 전달한다
패턴 구독 흐름
- 구독자 A가 news.로 시작하는 모든 채널을 구독한다
PSUBSCRIBE news.* - 발행자가
PUBLISH news.sports "손흥민 득점""메시지를 발행한다 - 구독자 A는 해당 메시지를 수신한다
장단점
장점
- 실시간 처리: 메시지가 발행되면 즉시 구독자에게 메시지 전달
- 간단하고 가벼움
- 다양한 클라이언트 지원: 다양한 프로그래밍 언어에서 레디스 클라이언트를 통해 pub/sub 기능 구현 가능
단점
- 메시지를 보존하지 않음: 메시지 저장이 필요한 경우 다른 메시지 브로커(kafka, rabbitmq)을 사용해야 한다
- 구독자 관리: 단순히 메시지를 전달할 뿐 구독자 상태를 추적하지 않는다
- 확장성: 단일 노드에서 동작하는 경우 성능이 뛰어나지만 매우 많은 구독자와 채널이 있는 경우 클러스터 구성이 필요하다
레디스 pub/sub 사용 사례
채팅 애플리케이션
각 채팅방을 채널로 설정하여 메시지를 실시간으로 전달
실시간 알림 시스템
구독자에게 실시간으로 이벤트 알림 전송
라이브 데이터 스트림
스포츠 경기 점수 업데이트, 주식 데이터 등
iot 메시징
iot 센서에게 데이터 발행 -> 구독자로 처리 시스템 구현
redlock
redis streams
pipeline
redis cluster
혼합 모드
백업 및 복구
성능 최적화
redis 메모리 관리
메모리 사용량 분석
ttl 설정과 메모리 정책