Redis——面试总结

博文来源于:https://juejin.cn/post/6844903982209449991

Redis 和 Memcached 的区别在哪里?

Redis 支持服务器端的数据操作:Redis 相比 Memcached 来说,拥有更多的数据结构和并支持更丰富的数据操作。

Redis 虽然是基于内存的存储系统,但是它本身是支持内存数据的持久化的,而且提供两种主要的持久化策略:RDB 快照和 AOF 日志。而 memcach

Memcached 本身并不支持分布式,Memcached 是不支持数据持久化操作的。Redis支持分布式的操作。

使用简单的 key-value 存储的话,Memcached 的内存利用率更高,而如果 Redis 采用 hash 结构来做 key-value 存储,由于其组合式的压缩,其内存利用率会高于 Memcached。

Redis-避免缓存穿透的利器之BloomFilter

布隆过滤器的原理是,当一个元素被加入集合时,通过K个散列函数将这个元素映射成一个位数组中的K个点,把它们置为1。检索时,我们只要看看这些点是不是都是1就(大约)知道集合中有没有它了:如果这些点有任何一个0,则被检元素一定不在;如果都是1,则被检元素很可能在。这就是布隆过滤器的基本思想。

Bloom Filter跟单哈希函数Bit-Map不同之处在于:Bloom Filter使用了k个哈希函数,每个字符串跟k个bit对应。从而降低了冲突的概率。

Bloom Filter原理

缓存穿透


缓存穿透原理

Bloom Filter的缺点

bloom filter之所以能做到在时间和空间上的效率比较高,是因为牺牲了判断的准确率、删除的便利性

存在误判,可能要查到的元素并没有在容器中,但是hash之后得到的k个位置上值都是1。如果bloom filter中存储的是黑名单,那么可以通过建立一个白名单来存储可能会误判的元素。

删除困难。一个放入容器的元素映射到bit数组的k个位置上是1,删除的时候不能简单的直接置为0,可能会影响其他元素的判断。可以采用Counting Bloom Filte

布隆过滤器有许多实现与优化,Guava中就提供了一种Bloom Filter的实现。在使用bloom filter时,绕不过的两点是预估数据量n以及期望的误判率fpp,在实现bloom filter时,绕不过的两点就是hash函数的选取以及bit数组的大小。对于一个确定的场景,我们预估要存的数据量为n,期望的误判率为fpp,然后需要计算我们需要的Bit数组的大小m,以及hash函数的个数k,并选择hash函数。

关系型数据库跟Redis本质上的区别

Redis采用的是基于内存的采用的是单进程单线程模型的 KV 数据库,由C语言编写,官方提供的数据是可以达到100000+的QPS(每秒内查询次数)

完全基于内存,绝大部分请求是纯粹的内存操作,非常快速。它的,数据存在内存中,类似于HashMapHashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1);

数据结构简单,对数据操作也简单,Redis中的数据结构是专门进行设计的;

采用单线程,避免了不必要的上下文切换和竞争条件,也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗CPU,不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁释放锁操作,没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗;

使用多路I/O复用模型,非阻塞IO;

使用底层模型不同,它们之间底层实现方式以及与客户端之间通信的应用协议不一样,Redis直接自己构建了VM 机制 ,因为一般的系统调用系统函数的话,会浪费一定的时间去移动和请求;

啥是上下文切换么?

线程执行的时候是需要加载上下文资源的。计算机的执行也是是很快的。所以线程切换的是会出现资源的加载。

那他是单线程的,我们现在服务器都是多核的,那不是很浪费?

是的他是单线程的,但是,我们可以通过在单机开多个Redis实例嘛。

单机会有瓶颈,那你们是怎么解决这个瓶颈的?

我们用到了集群的部署方式也就是Redis cluster,并且是主从同步读写分离,类似Mysql的主从同步,Redis cluster支撑 N 个Redis master node,每个master node都可以挂载多个slave node

这样整个Redis就可以横向扩容了。如果你要支撑更大数据量的缓存,那就横向扩容更多的master节点,每个master节点就能存放更多的数据了。

Redis还有其他保证集群高可用的方式么?

哨兵必须用三个实例去保证自己的健壮性的,哨兵+主从并不能保证数据不丢失,但是可以保证集群的高可用。为啥必须要三个实例呢?因为集群出现的宕机的时候会发生选举。如果是偶数有可能选择不出主节点。但是集群不能提供服务。

主从之间的数据怎么同步的么?

你启动一台slave 的时候,他会发送一个psync命令给master ,如果是这个slave第一次连接到master,他会触发一个全量复制。master就会启动一个线程,生成RDB快照,还会把新的写请求都缓存在内存中,RDB文件生成后,master会将这个RDB发送给slave的,slave拿到之后做的第一件事情就是写进本地的磁盘,然后加载进内存,然后master会把内存里面缓存的那些新命名都发给slave。

数据传输的时候断网了或者服务器挂了怎么办啊?

传输过程中有什么网络问题啥的,会自动重连的,并且连接之后会把缺少的数据补上的。

为啥不扫描全部设置了过期时间的key呢?

假如Redis里面所有的key都有过期时间,都扫描一遍?那太恐怖了,而且我们线上基本上也都是会设置一定的过期时间的。全扫描跟你去查数据库不带where条件不走索引全表扫描一样,100ms一次,Redis累都累死了。

最后就是如果的如果,定期没删,我也没查询,那可咋整?

官网上给到的内存淘汰机制是以下几个:

noeviction:返回错误当内存限制达到并且客户端尝试执行会让更多内存被使用的命令(大部分的写入指令,但DEL和几个例外)

allkeys-lru: 尝试回收最少使用的键(LRU),使得新添加的数据有空间存放。

volatile-lru: 尝试回收最少使用的键(LRU),但仅限于在过期集合的键,使得新添加的数据有空间存放。

allkeys-random: 回收随机的键使得新添加的数据有空间存放。

volatile-random: 回收随机的键使得新添加的数据有空间存放,但仅限于在过期集合的键。

volatile-ttl: 回收在过期集合的键,并且优先回收存活时间(TTL)较短的键,使得新添加的数据有空间存放。

如果没有键满足回收的前提条件的话,策略volatile-lru,volatile-random以及volatile-ttl就和noeviction 差不多了

Redis有几种基础数据类型么?和应用场景?

String的实际应用场景比较广泛的有:

缓存功能:String字符串是最常用的数据类型,不仅仅是Redis,各个语言都是最基本类型,因此,利用Redis作为缓存,配合其它数据库作为存储层,利用Redis支持高并发的特点,可以大大加快系统的读写速度、以及降低后端数据库的压力。

计数器:许多系统都会使用Redis作为系统的实时计数器,可以快速实现计数和查询的功能。而且最终的数据结果可以按照特定的时间落地到数据库或者其它存储介质当中进行永久保存。

共享用户Session:用户重新刷新一次界面,可能需要访问一下数据进行重新登录,或者访问页面缓存Cookie,但是可以利用Redis将用户的Session集中管理,在这种模式只需要保证Redis的高可用,每次用户Session的更新和获取都可以快速完成。大大提高效率。

Hash:

这个是类似Map的一种结构,这个一般就是可以将结构化的数据,比如一个对象(前提是这个对象没嵌套其他的对象)给缓存在Redis里,然后每次读写缓存的时候,可以就操作Hash里的某个字段

但是这个的场景其实还是多少单一了一些,因为现在很多对象都是比较复杂的,比如你的商品对象可能里面就包含了很多属性,其中也有对象。我自己使用的场景用得不是那么多。

List:List是有序列表,这个还是可以玩儿出很多花样的。

比如可以通过List存储一些列表型的数据结构,类似粉丝列表、文章的评论列表之类的东西。

比如可以通过lrange命令,读取某个闭区间内的元素,可以基于List实现分页查询,这个是很棒的一个功能,基于Redis实现简单的高性能分页,可以做类似微博那种下拉不断分页的东西,性能高,就一页一页走。

比如可以搞个简单的消息队列,从List头怼进去,从List屁股那里弄出来。

List本身就是我们在开发过程中比较常用的数据结构了,热点数据更不用说了。

消息队列:Redis的链表结构,可以轻松实现阻塞队列,可以使用左进右出的命令组成来完成队列的设计。比如:数据的生产者可以通过Lpush命令从左边插入数据,多个数据消费者,可以使用BRpop命令阻塞的“抢”列表尾部的数据。

文章列表或者数据分页展示的应用。比如,我们常用的博客网站的文章列表,当用户量越来越多时,而且每一个用户都有自己的文章列表,而且当文章多时,都需要分页展示,这时可以考虑使用Redis的列表,列表不但有序同时还支持按照范围内获取元素,可以完美解决分页查询功能。大大提高查询效率。

Set:Set是无序集合,会自动去重的那种。

直接基于Set将系统里需要去重的数据扔进去,自动就给去重了,如果你需要对一些数据进行快速的全局去重,你当然也可以基于JVM内存里的HashSet进行去重,但是如果你的某个系统部署在多台机器上呢?得基于Redis进行全局的Set去重。可以基于Set玩儿交集、并集、差集的操作,比如交集吧,我们可以把两个人的好友列表整一个交集,看看俩人的共同好友是谁?对吧。反正这些场景比较多,因为对比很快,操作也简单,两个查询一个Set搞定。

Sorted Set:Sorted set是排序的Set,去重但可以排序,写进去的时候给一个分数,自动根据分数排序。

有序集合的使用场景与集合类似,但是set集合不是自动有序的,而Sorted set可以利用分数进行成员间的排序,而且是插入时就排序好。所以当你需要一个有序且不重复的集合列表时,就可以选择Sorted set数据结构作为选择方案。

排行榜:有序集合经典使用场景。例如视频网站需要对用户上传的视频做排行榜,榜单维护可能是多方面:按照时间、按照播放量、按照获得的赞数等。

Sorted Sets来做带权重的队列,比如普通消息的score为1,重要消息的score为2,然后工作线程可以选择按score的倒序来获取工作任务。让重要的任务优先执行

如果你多个系统同时操作(并发)Redis带来的数据问题?

多系统并发操作问题

系统A、B、C三个系统,分别去操作Redis的同一个Key,本来顺序是1,2,3是正常的,但是因为系统A网络突然抖动了一下,B,C在他前面操作了Redis,这样数据不就错了么。就好比下单,支付,退款三个顺序你变了,你先退款,再下单,再支付,那流程就会失败,那数据不就乱了?你订单还没生成你却支付,退款了?明显走不通了,这在线上是很恐怖的事情。

我们可以找个管家帮我们管理好数据的嘛!

某个时刻,多个系统实例都去更新某个 key。可以基于Zookeeper实现分布式锁。每个系统通过Zookeeper获取分布式锁,确保同一时间,只能有一个系统实例在操作某个 Key,别人都不允许读和写。你要写入缓存的数据,都是从MySQL里查出来的,都得写入MySQL中,写入MySQL中的时候必须保存一个时间戳,从MySQL查出来的时候,时间戳也查出来。每次要写之前,先判断一下当前这个 Value 的时间戳是否比缓存里的 Value 的时间戳要新。如果是的话,那么可以写,否则,就不能用旧的数据覆盖新的数据。

你只要用缓存,就可能会涉及到缓存与数据库双存储双写,你只要是双写,就一定会有数据一致性的问题,那么你如何解决一致性问题?

一般来说,如果允许缓存可以稍微的跟数据库偶尔有不一致的情况,也就是说如果你的系统不是严格要求“缓存+数据库” 必须保持一致性的话,最好不要做这个方案,即:读请求和写请求串行化,串到一个内存队列里去。串行化可以保证一定不会出现不一致的情况,但是它也会导致系统的吞吐量大幅度降低,用比正常情况下多几倍的机器去支撑线上的一个请求。把一些列的操作都放到队列里面,顺序肯定不会乱,但是并发高了,这队列很容易阻塞,反而会成为整个系统的弱点,瓶颈。

最经典的缓存+数据库读写的模式,就是Cache Aside Pattern

读的时候,先读缓存,缓存没有的话,就读数据库,然后取出数据后放入缓存,同时返回响应。

更新的时候,先更新数据库,然后再删除缓存

为什么是删除缓存,而不是更新缓存?

很多时候,在复杂点的缓存场景,缓存不单单是数据库中直接取出来的值。比如可能更新了某个表的一个字段,然后其对应的缓存,是需要查询另外两个表的数据并进行运算,才能计算出缓存最新的值的。

另外更新缓存的代价有时候是很高的。是不是说,每次修改数据库的时候,都一定要将其对应的缓存更新一份?也许有的场景是这样,但是对于比较复杂的缓存数据计算的场景,就不是这样了。如果你频繁修改一个缓存涉及的多个表,缓存也频繁更新。但是问题在于,这个缓存到底会不会被频繁访问到。

Redis 的线程模型了解么?

Redis内部使用文件事件处理器file event handler,这个文件事件处理器是单线程的,所以Redis才叫做单线程的模型。它采用 IO 多路复用机制同时监听多个Socket,根据Socket上的事件来选择对应的事件处理器进行处理。

文件事件处理器的结构包含 4 个部分:

多个Socket

IO 多路复用程序(多线程)

文件事件分派器

事件处理器(连接应答处理器、命令请求处理器、命令回复处理器)(单线程的)

多个Socket可能会并发产生不同的操作,每个操作对应不同的文件事件,但是 IO 多路复用程序会监听多个Socket,会将Socket产生的事件放入队列中排队,事件分派器每次从队列中取出一个事件,把该事件交给对应的事件处理器进行处理

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