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Redis 已完结 ​

基础 ​

什么是 Redis？ ​

  1. Redis 是一个基于内存的数据库，属于 NoSQL。
  2. 具有多种数据结构：字符串、哈希、列表、集合、有序集合、bitmap等

Redis 的优势？ ​

  1. 读写速度快
  2. 支持多种数据结构
  3. 具有多种功能：集群、数据持久化、队列

为什么用 Redis 作为 MySQL 缓存？ ​

Redis 存储在内存，不需要磁盘 IO。可以提高访问速度。

Redis 作为旁路缓存，怎么保证缓存一致的？ ​

在更新数据库时主动更新或删除缓存

Redis 作为旁路缓存时，是先删缓存还是先更新数据库？ ​

先操作数据库，然后再删除缓存

避免其他线程在删除完缓存后，更新数据库前重建旧的缓存。

Redis 相比 Memcached 有哪些优势？ ​

  1. 数据结构的支持：Redis 有多种数据结构，Memcached 仅支持简单字符串。
  2. 持久化：Redis 有 AOF 和 RDB 机制进行持久化，Memcached 只保存在内存中。
  3. Lua 支持：Redis 支持 Lua 脚本。
  4. 多线程：Redis 是单线程的，Memcached 是多线程，CPU 利用率较高。

Redis支持事务回滚吗？ ​

不支持

Redis 的数据类型有什么？ ​

  1. String
  2. Hash：唯一键值对（不排序的 Zset）
  3. List 列表：双端链表
  4. Set 集合：唯一的值
  5. Zset 有序集合：通过 score 排序的集合

Redis 过期数据的返回值？ ​

返回 nil

String ​

set 一个已有的值会发生什么？ ​

覆盖原有值

浮点数在 String 中用什么表示？ ​

根据浮点数长度不同，使用 Raw 或 EMBSTR 编码

String 最大多大？ ​

官网注明最大 512 MB

Redis 的字符串如何实现？ ​

字符串底层是 String 对象。有三种编码方式：INT、RAW、EMBSTR。

  1. 整数使用 INT 编码，ptr 中直接存数值
  2. 小于阈值（44字节）的字符串使用 EMBSTR 编码，为 SDS 和 head 申请连续空间，单次申请效率更高。
  3. 大于阈值使用 RAW 编码，最大可存 512 MB

SDS 要有什么用？ ​

SDS 是简单动态字符串

  1. SDS 包含字符串长度，效率更高
  2. SDS 预留部分空间，节约性能
  3. 不以 \0 作为结束条件，二进制安全

SDS 编码阈值为什么是 44 字节？ ​

Redis 使用 jemelloc 分配内存，jemelloc 以 64 字节为单位。Redis 对象头信息 16 字节、SDS 非内容部分 3 字节、字符串末尾 \0 1字节，剩余部分 44 字节。

List ​

List 是完全先入先出吗？ ​

List 可以双端操作，不是完全的。

List 对象底层编码方式是什么？ ​

  1. 3.2 版本之前：ZIPLIST 和 LINKEDLIST
  2. 3.2 版本以后：QUICKLIST 压缩列表组成的双向链表
  3. 7.0 版本以后：优化成 LISTPACK

ZIPLIST 是如何压缩数据的？ ​

ZIPLIST 是连续内存空间，不产生内存碎片，不需要额外存放指针，节约内存。

ZIPLIST 下 List 可以从后往前遍历吗？ ​

可以的，List 是双端队列。

ZIPLIST 头信息中存放最后一个节点的地址，节点存放前一个节点的长度，可以反向遍历。

在ZIPLIST数据结构下，查询节点个数的时间复杂度是多少？ ​

ZIPLIST 头信息中有一个字段存放节点个数，2字节，最大为 65535。

所以长度在 65535 以内是 O(1)，超过需要遍历 O(n)。

LINKEDLIST编码下，查询节点个数的时间复杂度是多少？ ​

O(1)

LINKEDLIST 头信息中存有节点个数。

Set ​

Set 的编码方式 ​

Set 有两种编码方式

  1. 存放的数据均为整数，且不超 512 个，使用 intset 编码
  2. 否则使用 Dict 字典编码

intset：特殊的整数数组。保证唯一且有序，使用二分查找。

Set 是有序的吗？ ​

无序的。

对于 INTSET 编码的 Set 是有序的，使用 Dict 字典编码是无序的。

Hash ​

Hash 的编码是什么？ ​

Hash 有两种编码方式。

  1. 对于元素较少且单个元素长度较小，使用 ZIPSET 编码。
  2. 否则使用 HashTable 编码

Hash 查找每个 key 的时间复杂度是多少？ ​

  1. 对于 ZIPSET 编码，需要遍历，O(n)。
  2. 对于 HashTable 编码，O(1)。

HashTable 查找元素总数的复杂度？ ​

O(1)

HashTable 头信息中有 used 字段。

一个数据在 HashTable 中的存储位置，是怎么计算的？ ​

通过哈希函数算出哈希值，与掩码做与运算，获得索引值，也就是 HashTable 的存储位置。

HashTable 如何扩容？ ​

通过渐进式 rehash 进行扩容。

  1. HashTable 有两个表指针，计算新的 size，并申请内存，将存放在 1 号表中。
  2. 每次 CRUD 时，都会把当前存储位置的旧表数据，重新计算哈希值，迁移到新表。
  3. 直至所有数据都迁移至一号表，释放 0 号表内存，并将 0 号表和 1 号表互换。

HashTable 扩容和缩容的条件？ ​

扩容：无后台操作时，负载因子大于等于 1；后台有操作时，负载因子大于等于 5。

缩容：负载因子小于等于 0.1

Zset ​

Zset 底层有几种编码方式？ ​

Zset 有两种编码：ZIPSET 和 跳表 + 字典。

  1. 当元素较少，且单个元素较小时，会使用 ZIPSET 编码。
  2. 否则使用跳表 SkipList 和字典 Dict 编码。

跳表查询节点总数的复杂度？ ​

O(1)

跳表的头结点中存放了 length 字段。

跳表插入的时间复杂读 ​

O(logn)

插入前需要查找插入位置，查找的复杂度是 O(logn)

跳表的节点层高是如何决定的？ ​

使用随机函数计算层高，每加一层的概率是 25%，最高为 32 层。

ZSet 为什么不使用平衡树？ ​

  1. 跳表的实现比平衡树简单
  2. 平衡树需要保持平衡，导致树的旋转。
  3. 对于区间遍历，跳表比平衡树更方便

Redis 的执行 ​

Redis 是单线程还是多线程？ ​

对于核心操作是单线程

对于其他模块有多线程参与，比如异步删除、解包回包等

解包：接收客户端请求并解析命令

回包：将命令执行结果发送回客户端

为什么 Redis 的核心功能使用单线程？ ​

  1. Redis 是内存操作，多线程不会带来较大性能提升
  2. 多线程有上下文切换的成本和线程安全问题

为什么 Redis 单线程性能也很好？ ​

  1. 内存操作，比磁盘 IO 速度快
  2. Redis 使用了高效的数据结构
  3. 采用单线程，减少上下文切换的成本，避免线程安全问题
  4. 使用了 IO 多路复用，可以同时监听多个 Socket

Redis 6.0 的多线程是默认开启的吗？主要负责哪里？ ​

默认关闭的，可以修改配置文件开启。

多线程主要负责解包和回包，也就是 Socket 的的 IO 部分。

Redis 持久化 ​

RDB 和 AOF 的本质区别是什么？ ​

RDB 是保存快照，AOF 是追加日志。

  1. RDB 保存的是二进制数据，AOF 是文本数据。
  2. 宕机时，RDB 容易丢失更多数据，AOF 默认配置最多丢失 1s 的数据。
  3. RDB 是二进制数据，恢复速度比 AOF 更快。
  4. RDB 需要全量保存，操作较重；AOF 是追加数据，操作比较轻。

RDB 和 AOF 只能选择一个，怎么选择？ ​

主要看应用场景。

  1. 能接受分钟级别的数据丢失，使用 RDB，获得更好的性能。
  2. 如果对数据安全性要求较高，使用 AOF。

RDB 的触发时机 ​

  1. 执行 save、bgsave 命令
  2. 根据配置的周期保存
  3. 全量同步
  4. Redis 关闭之前

AOF 混合存储是什么？ ​

使用 RDB 将内存数据持久化到 AOF 文件，对于运行期间的操作，使用 AOF 追加写入。得到 AOF 和 RDB 组成的日志。

简单描述 AOF 重写流程 ​

  1. 触发 AOF 重写时，子进程会读取 Redis 数据，写入到 AOF 文件。
  2. AOF 重写期间的写入操作会存放到 AOF 重写缓冲区。
  3. 主进程会将缓冲区数据发送给子进程，子进程追加写入 AOF 文件。

AOF 重写你觉得有什么不足之处？ ​

AOF 重写期间的写入操作会入保存两次，AOF缓冲和AOF重写缓冲。

针对 AOF 重写的不足，你有什么优化思路呢？ ​

Redis 7.0 以后使用了 MP-AOF 方案。

将 AOF 文件分为 Base AOF 和 Incr AOF。Base AOF 是历史部分，Incr 是新增部分。两者共同组成了重写后的 AOF 文件。

manifest 可以理解成 AOF 的配置清单，记录 AOF 是通过哪几部分组成的。

Redis 过期删除和内存淘汰策略 ​

Redis 是如何删除过期 key 的？ ​

使用 惰性删除 + 定期删除 策略

  1. 惰性删除：取 key 时查询是否过期
  2. 定期删除：每隔一段时间删除所有的过期 key

Redis 有几种内存回收策略？ ​

一种是不开启内存回收，内存满了就写入失败。

另一种是开启内存回收，分为两种。其一是基于有过期时间的数据淘汰，有 LRU、LFU、Random、TTL 算法；其二是基于所有数据淘汰，有 LRU、LFU、Random 算法。

  • LRU：最久没使用
  • LFU：最少使用
  • TTL：更早过期的、TTL 最小的

内存回收是什么时候进行的？ ​

每次读写时会检查是否需要回收。

说一下 Redis 的 LRU 算法 ​

LRU 是最近最久未使用，淘汰最久未访问的数据。

Redis 对于 LRU 算法进行了优化。标准 LRU 算法需要维护双向链表，消耗较大。Redis 采用了 LRU 采样，随机取若干个数据，淘汰最久没访问的数据。

什么是 LFU 算法？为什么需要使用 LFU 算法？ ​

LRU 只考虑了访问时间，忽略了访问频率。

LFU 将访问频率加入影响因素中，访问计数同时受上一次访问时间和访问频率的综合影响。

Redis 使用场景 ​

Redis 主要的应用场景是什么？ ​

  1. 用于存储 Token 或 Session 实现分布式登录
  2. 进行数据的缓存
  3. 具有生存时间，适用于验证码或优惠券
  4. 生成唯一 ID
  5. 限流
  6. 排行榜
  7. 分布式锁
  8. 消息队列
  9. 共同关注
  10. 签到
  11. UV 计数
  12. 地理位置相关操作

Redis 缓存是如何使用的？ ​

作为旁路缓存。查询时先查询 Redis，如果 Redis 没有数据则查询 MySQL，并缓存到 Redis。

Redis 做旁路缓存，DB 更新了应该如何操作？ ​

我的项目中在更新数据库后会删除缓存，来提升缓存一致性，并为缓存加入过期时间作为备用。

我还了解过通过订阅 MySQL 的 binlog，异步更新缓存。这种方法和业务完全解耦，但是需要消息队列和消费服务，成本较高。

Redis 做秒杀场景的应用和思路 ​

  1. 记录库存，通过 Redis 高性能进行库存的记录。
  2. 作为消息队列，进行流量消峰。

Redis 可以做消息队列吗？ ​

Redis 有一个 List 数据结构，可以作为轻量级消息队列。

如果业务比较轻量级，并且没有引入其他的消息队列，那么 Redis 就可以满足需求。

什么是分布式锁？ ​

用于在分布式系统中控制对共享资源的访问的机制。类比单机环境下多线程的 synchronized。

Redis 分布式锁怎么实现的 ​

使用 setnx 命令，保证只有一个线程能够成功设置值，相当于这个线程获取到了锁。

分布式锁的要点是什么？ ​

  1. 加锁：使用 setnx 命令，key 是锁名，value 是持有者 id，添加过期时间。
  2. 解锁：检查是否是自己的锁，然后释放锁。操作需要保证原子性，需要使用 Lua 脚本。

Lua 脚本一定能保证原子性吗？ ​

Lua 本身没有原子性。但是 Redis 是单线程操作，所以 Lua 脚本的执行不会被打断，保证了操作的原子性。

Redis 作为分布式锁的优缺点？ ​

优点：

  1. 性能高
  2. Redis 有 setnx 命令，实现简单
  3. Redis 有集群，避免单点故障

缺点：

  1. 超时时间不好设置，需要守护线程续约。
  2. 主从集群是异步复制的，导致不可靠

Redis 集群下如何保证分布式锁的可靠性 ​

使用红锁算法。

客户端和多个独立的Redis节点依次请求申请加锁，如果客户端能够和半数以上的节点成功地完成加锁操作，那么我们就认为，客户端成功地获得分布式锁，否则加锁失败。

缓存穿透是什么？怎么解决？ ​

缓存穿透：用户在请求一个 Redis 和数据库都不存在的数据，请求会直接到达数据库，且不会重建缓存。大量请求会导致大量的数据库压力。

解决方法：

  1. 缓存空对象：方法简单，但是会造成内存浪费。
  2. 布隆过滤器：用于查询数据是否存在，对于不存在的数据直接返回，不再查询数据库。
  3. 限流策略：限制对数据库的请求频率。

布隆过滤器是如何工作的？ ​

布隆过滤器由位图数组和多个哈希函数组成。

写入数据库中，将数据通过多个哈希函数计算，将每个哈希值都在数组中标记。

在读取数据时，将数据进行哈希计算，如果数组中每个位置对应的都是 1，因为有哈希冲突的可能，所以数据可能存在。但如果不全为 1，那么数据一定不存在。

缓存击穿是什么？怎么解决？ ​

缓存击穿：缓存中某个热点 key 过期了，造成大量请求直接访问数据库。

解决方法：

  1. 使用互斥锁或分布式锁：只让一个线程去查询数据库并重建缓存。
  2. 添加多级缓存，比如使用 Caffeine、OpenResty。
  3. 热点 Key 设置永不过期。

缓存雪崩是什么？怎么解决？ ​

缓存雪崩：大量 Key 同时过期，或 Redis 宕机，导致大量请求直接访问数据库。

解决方法：

  1. 给不同的 Key 设置不同的 TTL 值：避免大量 Key 同时过期重建。
  2. 使用互斥锁或分布式锁：只让一个线程去查询数据库并重建缓存。
  3. 缓存预热：在非高峰期提前更新缓存
  4. 添加多级缓存：使用 Caffeine、OpenResty。
  5. 使用 Redis 集群：提高 Redis 的可用性

Redis 集群 ​

Redis 集群架构有几种？ ​

主从集群、哨兵集群、切片集群。

  1. 主从集群：一台作为主节点，其余为从节点。主节点处理读写，从节点只读，主节点将数据异步同步给从节点。
  2. 哨兵集群：实现故障恢复的功能，哨兵监控主节点。
  3. 切片集群：解决数据量较大的问题，将数据分布在多个节点上，可以降低对单个节点的依赖，提高读写性能。

主从节点是如何同步的？ ​

分为两种：全量同步、增量同步

  1. 全量同步：首次同步。需要将主节点所有数据同步到从节点。
  2. 增量同步：全量同步后，当主节点数据发生修改，会同步给从节点。

主从模式是同步复制还是异步复制？ ​

异步

主节点收到写命令之后，先写到内部的缓冲区，然后再异步发送给从节点。

Redis 主从同步的优缺点？ ​

优点：读写分离，提高性能

缺点：占用较多内存，存在单点故障

哨兵模式是什么？ ​

哨兵模式主要解决主从集群存在主节点单点故障的问题。

哨兵会监控主节点状态，当主节点宕机时，会选举一个哨兵节点作为主节点。

哨兵模式的优缺点是什么？ ​

优点：保证 Redis 服务的高可用

缺点：主从模式单点风险高、主从切换可能会造成数据丢失、数据量不能太大

Redis 的哈希槽是什么？ ​

用于分片集群中。

Redis 集群有 2^14 个哈希槽，对每个 key 通过哈希运算决定放到哪个槽。每个 Redis 节点负责一部分的哈希槽。

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