Redis完全ガイド

Redisの実践的な使い方を、実務で使える実装例とベストプラクティスとともに詳しく解説します。

1. Redisとは

Redisの特徴

Redis（Remote Dictionary Server）は、インメモリデータストアです。高速な読み書きが可能で、キャッシュ、セッション管理、メッセージキューなどに使用されます。

Redisの特徴
   ├─ インメモリデータストア（高速）
   ├─ 豊富なデータ型（String、List、Set、Hash、Sorted Setなど）
   ├─ 永続化オプション（RDB、AOF）
   ├─ レプリケーション対応
   └─ クラスタリング対応

なぜRedisを選ぶのか

Redisを選ぶべき場合:

高速なキャッシュが必要
セッション管理が必要
リアルタイムデータ処理が必要
メッセージキューが必要

Redisを選ばないべき場合:

大容量データの永続保存が必要（データベースの方が適している）
複雑なクエリが必要（データベースの方が適している）

2. Redisのインストールとセットアップ

macOSでのインストール

# Homebrewを使用
brew install redis

# サービスを開始
brew services start redis

# Redisに接続
redis-cli

Linuxでのインストール

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get update
sudo apt-get install redis-server

# サービスを開始
sudo systemctl start redis-server
sudo systemctl enable redis-server

# Redisに接続
redis-cli

Windowsでのインストール

Redis公式サイトからインストーラーをダウンロード
インストーラーを実行し、指示に従ってインストール
Redis CLIまたはRedis Desktop Managerから接続

初期設定

# Redis設定ファイルの編集（redis.conf）
# パスワードの設定
requirepass mypassword

# 永続化の設定
save 900 1
save 300 10
save 60 10000

# メモリ制限の設定
maxmemory 256mb
maxmemory-policy allkeys-lru

3. データ型と基本操作

String（文字列）

# 値の設定
SET user:1:name "Alice"
SET user:1:email "alice@example.com"

# 値の取得
GET user:1:name

# 値の存在確認
EXISTS user:1:name

# 値の削除
DEL user:1:name

# 値のインクリメント
INCR user:1:views
INCRBY user:1:views 10

# 値のデクリメント
DECR user:1:views
DECRBY user:1:views 5

# 有効期限の設定
SET user:1:session "session_token" EX 3600
TTL user:1:session

Hash（ハッシュ）

# ハッシュの設定
HSET user:1 name "Alice" email "alice@example.com" age 30

# ハッシュの取得
HGET user:1 name
HGETALL user:1

# ハッシュの更新
HSET user:1 age 31

# ハッシュの削除
HDEL user:1 email

# ハッシュの存在確認
HEXISTS user:1 name

# ハッシュのすべてのキーを取得
HKEYS user:1

# ハッシュのすべての値を取得
HVALS user:1

List（リスト）

# リストの先頭に追加
LPUSH tasks "task1" "task2" "task3"

# リストの末尾に追加
RPUSH tasks "task4" "task5"

# リストの取得
LRANGE tasks 0 -1

# リストの先頭から取得（削除）
LPOP tasks

# リストの末尾から取得（削除）
RPOP tasks

# リストの長さを取得
LLEN tasks

# リストの特定の位置の値を取得
LINDEX tasks 0

# リストの特定の位置の値を設定
LSET tasks 0 "new_task"

Set（集合）

# セットへの追加
SADD tags "redis" "database" "cache"

# セットの取得
SMEMBERS tags

# セットの要素数の取得
SCARD tags

# セットの要素の存在確認
SISMEMBER tags "redis"

# セットからの削除
SREM tags "cache"

# セットの和集合
SUNION tags1 tags2

# セットの積集合
SINTER tags1 tags2

# セットの差集合
SDIFF tags1 tags2

Sorted Set（順序付き集合）

# ソート済みセットへの追加
ZADD leaderboard 100 "Alice" 200 "Bob" 150 "Charlie"

# ソート済みセットの取得（昇順）
ZRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES

# ソート済みセットの取得（降順）
ZREVRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES

# スコアの取得
ZSCORE leaderboard "Alice"

# ランクの取得
ZRANK leaderboard "Alice"
ZREVRANK leaderboard "Alice"

# スコア範囲での取得
ZRANGEBYSCORE leaderboard 100 200

# スコアの更新
ZINCRBY leaderboard 50 "Alice"

4. 高度な機能

Pub/Sub（パブリッシュ/サブスクライブ）

# チャンネルの購読
SUBSCRIBE notifications

# チャンネルへのメッセージ送信（別のクライアントから）
PUBLISH notifications "New message"

# パターンマッチングでの購読
PSUBSCRIBE notifications:*

# チャンネルの購読解除
UNSUBSCRIBE notifications

トランザクション

# トランザクションの開始
MULTI

# コマンドの追加
SET key1 "value1"
SET key2 "value2"
INCR counter

# トランザクションの実行
EXEC

# トランザクションのキャンセル
DISCARD

パイプライン

# パイプラインの使用（複数のコマンドを一度に送信）
# クライアントライブラリで実装
# Pythonの例:
import redis
r = redis.Redis()
pipe = r.pipeline()
pipe.set('key1', 'value1')
pipe.set('key2', 'value2')
pipe.execute()

5. 永続化

RDB（Redis Database）

# redis.confの設定
save 900 1      # 900秒以内に1回以上の変更があれば保存
save 300 10     # 300秒以内に10回以上の変更があれば保存
save 60 10000   # 60秒以内に10000回以上の変更があれば保存

# 手動でのRDB保存
BGSAVE

# 同期的なRDB保存（ブロッキング）
SAVE

AOF（Append Only File）

# redis.confの設定
appendonly yes
appendfsync everysec  # always, everysec, no

# AOFファイルの書き換え
BGREWRITEAOF

RDB vs AOF

特徴	RDB	AOF
データ損失	最後の保存時点まで	最小限
パフォーマンス	高速	やや低速
ファイルサイズ	小さい	大きい
リカバリ速度	高速	やや低速

6. レプリケーション

マスター・スレーブレプリケーション

# スレーブサーバーの設定（redis.conf）
replicaof 192.168.1.100 6379
masterauth mypassword

# レプリケーションの状態確認
INFO replication

# レプリケーションの開始
REPLICAOF 192.168.1.100 6379

# レプリケーションの停止
REPLICAOF NO ONE

センチネル（Sentinel）

# sentinel.confの設定
sentinel monitor mymaster 192.168.1.100 6379 2
sentinel auth-pass mymaster mypassword
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 10000

# センチネルの起動
redis-sentinel sentinel.conf

7. クラスタリング

Redis Clusterの設定

# 各ノードの設定（redis.conf）
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000

# クラスタの作成
redis-cli --cluster create \
  127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 \
  127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 \
  --cluster-replicas 1

# クラスタの状態確認
redis-cli -c -p 7000 CLUSTER NODES

クラスタの操作

# クラスタモードでの接続
redis-cli -c -p 7000

# クラスタの情報取得
CLUSTER INFO

# スロットの確認
CLUSTER SLOTS

8. パフォーマンス最適化

メモリ最適化

# メモリ使用量の確認
INFO memory

# メモリ制限の設定
maxmemory 256mb
maxmemory-policy allkeys-lru  # allkeys-lru, volatile-lru, allkeys-random, volatile-random, volatile-ttl, noeviction

# メモリ使用量の削減
MEMORY DOCTOR

接続プール

# 最大接続数の設定（redis.conf）
maxclients 10000

# 接続数の確認
INFO clients

パイプラインとバッチ処理

# Pythonの例
import redis
r = redis.Redis()

# パイプラインの使用
pipe = r.pipeline()
for i in range(1000):
    pipe.set(f'key{i}', f'value{i}')
pipe.execute()

9. セキュリティ

認証

# パスワードの設定（redis.conf）
requirepass mypassword

# 認証の実行
AUTH mypassword

# 認証付きでの接続
redis-cli -a mypassword

ACL（Access Control List）

# ユーザーの作成
ACL SETUSER alice on >password123 ~cached:* +get +set

# ユーザーの確認
ACL LIST

# ユーザーでの接続
redis-cli --user alice --pass password123

TLS/SSL

# TLSの設定（redis.conf）
tls-port 6380
tls-cert-file /path/to/cert.pem
tls-key-file /path/to/key.pem
tls-ca-cert-file /path/to/ca.pem

# TLS接続
redis-cli --tls --cert /path/to/cert.pem --key /path/to/key.pem

10. 実践的な使用例

キャッシュ

# Pythonの例
import redis
import json

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

def get_user(user_id):
    cache_key = f'user:{user_id}'
    cached_user = r.get(cache_key)

    if cached_user:
        return json.loads(cached_user)

    # データベースから取得
    user = db.get_user(user_id)

    # キャッシュに保存（1時間）
    r.setex(cache_key, 3600, json.dumps(user))

    return user

セッション管理

# Pythonの例
import redis
import uuid

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

def create_session(user_id):
    session_id = str(uuid.uuid4())
    session_key = f'session:{session_id}'

    r.setex(session_key, 3600, user_id)  # 1時間

    return session_id

def get_session(session_id):
    session_key = f'session:{session_id}'
    user_id = r.get(session_key)

    if user_id:
        r.expire(session_key, 3600)  # 有効期限を延長

    return user_id

レート制限

# Pythonの例
import redis
import time

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

def rate_limit(user_id, limit=100, window=3600):
    key = f'rate_limit:{user_id}'
    current = r.incr(key)

    if current == 1:
        r.expire(key, window)

    if current > limit:
        return False

    return True

リアルタイムランキング

# Pythonの例
import redis

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

def update_score(user_id, score):
    r.zadd('leaderboard', {user_id: score})

def get_top_users(limit=10):
    return r.zrevrange('leaderboard', 0, limit-1, withscores=True)

11. 監視とログ

情報の取得

# サーバー情報の取得
INFO

# 特定のセクションの情報取得
INFO memory
INFO stats
INFO replication

# クライアント情報の取得
CLIENT LIST

# スロークエリの確認
SLOWLOG GET 10

メトリクスの監視

# メモリ使用量
INFO memory | grep used_memory_human

# 接続数
INFO clients | grep connected_clients

# コマンド統計
INFO stats | grep total_commands_processed

12. よくある問題と解決方法

問題1: メモリ不足

# メモリ使用量の確認
INFO memory

# メモリ制限の設定
CONFIG SET maxmemory 256mb
CONFIG SET maxmemory-policy allkeys-lru

# 大きなキーの確認
redis-cli --bigkeys

問題2: パフォーマンスの低下

# スロークエリの確認
SLOWLOG GET 10

# スロークエリの設定
CONFIG SET slowlog-log-slower-than 10000

# メモリフラグメンテーションの確認
MEMORY STATS

問題3: レプリケーションの遅延

# レプリケーションの状態確認
INFO replication

# レプリケーションの遅延確認
redis-cli --latency -h replica_host -p 6379

まとめ

Redis完全ガイドのポイント：

データ型: String、Hash、List、Set、Sorted Set
高度な機能: Pub/Sub、トランザクション、パイプライン
永続化: RDB、AOF
レプリケーション: マスター・スレーブ、センチネル
クラスタリング: 水平スケーリング
パフォーマンス最適化: メモリ最適化、接続プール
セキュリティ: 認証、ACL、TLS/SSL
実践例: キャッシュ、セッション管理、レート制限

適切なRedisの使用により、高速でスケーラブルなアプリケーションを構築できます。