Redis面試專題

1. 什麼是redis?

Redis 是一個基於記憶體的高效能key-value資料庫。 (有空再補充，有理解錯誤或不足歡迎指正)

2. Reids的特點

Redis本質上是一個Key-Value型別的記憶體資料庫，很像memcached，整個資料庫統統載入在記憶體當中進行操作，定期通過非同步操作把資料庫資料flush到硬碟上進行儲存。因為是純記憶體操作，Redis的效能非常出色，每秒可以處理超過 10萬次讀寫操作，是已知效能最快的Key-Value DB。

Redis的出色之處不僅僅是效能，Redis最大的魅力是支援儲存多種資料結構，此外單個value的最大限制是1GB，不像 memcached

Redis的主要缺點是資料庫容量受到實體記憶體的限制，不能用作海量資料的高效能讀寫，因此Redis適合的場景主要侷限在較小資料量的高效能操作和運算上。

3. Redis支援的資料型別

Redis通過Key-Value的單值不同型別來區分, 以下是支援的型別:

Strings

Lists

Sets 求交集、並集

Sorted Set

hashes

4. 為什麼redis需要把所有資料放到記憶體中？

Redis為了達到最快的讀寫速度將資料都讀到記憶體中，並通過非同步的方式將資料寫入磁碟。所以redis具有快速和資料持久化的特徵。如果不將資料放在記憶體中，磁碟I/O速度為嚴重影響redis的效能。在記憶體越來越便宜的今天，redis將會越來越受歡迎。

如果設定了最大使用的記憶體，則資料已有記錄數達到記憶體限值後不能繼續插入新值。

5. Redis是單程序單執行緒的

redis利用佇列技術將併發訪問變為序列訪問，消除了傳統資料庫序列控制的開銷

6. 虛擬記憶體

當你的key很小而value很大時,使用VM的效果會比較好.因為這樣節約的記憶體比較大

當你的key不小時,可以考慮使用一些非常方法將很大的key變成很大的value,比如你可以考慮將key,value組合成一個新的value.

vm-max-threads這個引數,可以設定訪問swap檔案的執行緒數,設定最好不要超過機器的核數,如果設定為0,那麼所有對swap檔案的操作都是序列的.可能會造成比較長時間的延遲,但是對資料完整性有很好的保證.

自己測試的時候發現用虛擬記憶體效能也不錯。如果資料量很大，可以考慮分散式或者其他資料庫

7. 分散式

redis支援主從的模式。原則：Master會將資料同步到slave，而slave不會將資料同步到master。Slave啟動時會連線master來同步資料。

這是一個典型的分散式讀寫分離模型。我們可以利用master來插入資料，slave提供檢索服務。這樣可以有效減少單個機器的併發訪問數量

8. 讀寫分離模型

通過增加Slave DB的數量，讀的效能可以線性增長。為了避免Master DB的單點故障，叢集一般都會採用兩臺Master DB做雙機熱備，所以整個叢集的讀和寫的可用性都非常高。

讀寫分離架構的缺陷在於，不管是Master還是Slave，每個節點都必須儲存完整的資料，如果在資料量很大的情況下，叢集的擴充套件能力還是受限於單個節點的儲存能力，而且對於Write-intensive型別的應用，讀寫分離架構並不適合。                                                        

9. 資料分片模型

為了解決讀寫分離模型的缺陷，可以將資料分片模型應用進來。

可以將每個節點看成都是獨立的master，然後通過業務實現資料分片。

結合上面兩種模型，可以將每個master設計成由一個master和多個slave組成的模型。

10. Redis的回收策略

volatile-lru：從已設定過期時間的資料集（server.db[i].expires）中挑選最近最少使用的資料淘汰

volatile-ttl：從已設定過期時間的資料集（server.db[i].expires）中挑選將要過期的資料淘汰

volatile-random：從已設定過期時間的資料集（server.db[i].expires）中任意選擇資料淘汰

allkeys-lru：從資料集（server.db[i].dict）中挑選最近最少使用的資料淘汰

allkeys-random：從資料集（server.db[i].dict）中任意選擇資料淘汰

no-enviction（驅逐）：禁止驅逐資料

11. 使用Redis有哪些好處？

(1) 速度快，因為資料存在記憶體中，類似於HashMap，HashMap的優勢就是查詢和操作的時間複雜度都是O(1)

(2) 支援豐富資料型別，支援string，list，set，sorted set，hash

(3) 支援事務，操作都是原子性，所謂的原子性就是對資料的更改要麼全部執行，要麼全部不執行

(4) 豐富的特性：可用於快取，訊息，按key設定過期時間，過期後將會自動刪除

12. redis相比memcached有哪些優勢？

(1) memcached所有的值均是簡單的字串，redis作為其替代者，支援更為豐富的資料型別

(2) redis的速度比memcached快很多

(3) redis可以持久化其資料

13. redis常見效能問題和解決方案：

(1) Master最好不要做任何持久化工作，如RDB記憶體快照和AOF日誌檔案

(2) 如果資料比較重要，某個Slave開啟AOF備份資料，策略設定為每秒同步一次

(3) 為了主從複製的速度和連線的穩定性，Master和Slave最好在同一個區域網內

(4) 儘量避免在壓力很大的主庫上增加從庫

(5) 主從複製不要用圖狀結構，用單向連結串列結構更為穩定，即：Master <- Slave1 <- Slave2 <- Slave3...

這樣的結構方便解決單點故障問題，實現Slave對Master的替換。如果Master掛了，可以立刻啟用Slave1做Master，其他不變。

14. MySQL裡有2000w資料，redis中只存20w的資料，如何保證redis中的資料都是熱點資料

 相關知識：redis 記憶體資料集大小上升到一定大小的時候，就會施行資料淘汰策略。redis 提供 6種資料淘汰策略：

voltile-lru：從已設定過期時間的資料集（server.db[i].expires）中挑選最近最少使用的資料淘汰

volatile-ttl：從已設定過期時間的資料集（server.db[i].expires）中挑選將要過期的資料淘汰

volatile-random：從已設定過期時間的資料集（server.db[i].expires）中任意選擇資料淘汰

allkeys-lru：從資料集（server.db[i].dict）中挑選最近最少使用的資料淘汰

allkeys-random：從資料集（server.db[i].dict）中任意選擇資料淘汰

no-enviction（驅逐）：禁止驅逐資料

15. Memcache與Redis的區別都有哪些？

1)、儲存方式

Memecache把資料全部存在記憶體之中，斷電後會掛掉，資料不能超過記憶體大小。

Redis有部份存在硬碟上，這樣能保證資料的永續性。

2)、資料支援型別

Memcache對資料型別支援相對簡單。

Redis有複雜的資料型別。

3)、使用底層模型不同

它們之間底層實現方式 以及與客戶端之間通訊的應用協議不一樣。

Redis直接自己構建了VM 機制 ，因為一般的系統呼叫系統函式的話，會浪費一定的時間去移動和請求。

4），value大小

redis最大可以達到1GB，而memcache只有1MB

16. Redis 常見的效能問題都有哪些？如何解決？

1).Master寫記憶體快照，save命令排程rdbSave函式，會阻塞主執行緒的工作，當快照比較大時對效能影響是非常大的，會間斷性暫停服務，所以Master最好不要寫記憶體快照。

2).Master AOF持久化，如果不重寫AOF檔案，這個持久化方式對效能的影響是最小的，但是AOF檔案會不斷增大，AOF檔案過大會影響Master重啟的恢復速度。Master最好不要做任何持久化工作，包括記憶體快照和AOF日誌檔案，特別是不要啟用記憶體快照做持久化,如果資料比較關鍵，某個Slave開啟AOF備份資料，策略為每秒同步一次。

3).Master呼叫BGREWRITEAOF重寫AOF檔案，AOF在重寫的時候會佔大量的CPU和記憶體資源，導致服務load過高，出現短暫服務暫停現象。

4). Redis主從複製的效能問題，為了主從複製的速度和連線的穩定性，Slave和Master最好在同一個區域網內

17. redis的快取失效策略和主鍵失效機制

　　作為快取系統都要定期清理無效資料，就需要一個主鍵失效和淘汰策略.

　　在Redis當中，有生存期的key被稱為volatile。在建立快取時，要為給定的key設定生存期，當key過期的時候（生存期為0），它可能會被刪除。

　　1、影響生存時間的一些操作

　　生存時間可以通過使用 DEL 命令來刪除整個 key 來移除，或者被 SET 和 GETSET 命令覆蓋原來的資料，也就是說，修改key對應的value和使用另外相同的key和value來覆蓋以後，當前資料的生存時間不同。

　　比如說，對一個 key 執行INCR命令，對一個列表進行LPUSH命令，或者對一個雜湊表執行HSET命令，這類操作都不會修改 key 本身的生存時間。另一方面，如果使用RENAME對一個 key 進行改名，那麼改名後的 key的生存時間和改名前一樣。

　　RENAME命令的另一種可能是，嘗試將一個帶生存時間的 key 改名成另一個帶生存時間的 another_key ，這時舊的 another_key (以及它的生存時間)會被刪除，然後舊的 key 會改名為 another_key ，因此，新的 another_key 的生存時間也和原本的 key 一樣。使用PERSIST命令可以在不刪除 key 的情況下，移除 key 的生存時間，讓 key 重新成為一個persistent key 。

　　2、如何更新生存時間

　　可以對一個已經帶有生存時間的 key 執行EXPIRE命令，新指定的生存時間會取代舊的生存時間。過期時間的精度已經被控制在1ms之內，主鍵失效的時間複雜度是O（1），

　　EXPIRE和TTL命令搭配使用，TTL可以檢視key的當前生存時間。設定成功返回 1；當 key 不存在或者不能為 key 設定生存時間時，返回 0 。

　　最大快取配置

　　在 redis 中，允許使用者設定最大使用記憶體大小

　　server.maxmemory

　　預設為0，沒有指定最大快取，如果有新的資料新增，超過最大記憶體，則會使redis崩潰，所以一定要設定。redis 記憶體資料集大小上升到一定大小的時候，就會實行資料淘汰策略。

　　redis 提供 6種資料淘汰策略：

　　． volatile-lru：從已設定過期時間的資料集（server.db[i].expires）中挑選最近最少使用的資料淘汰

　　． volatile-ttl：從已設定過期時間的資料集（server.db[i].expires）中挑選將要過期的資料淘汰

　　． volatile-random：從已設定過期時間的資料集（server.db[i].expires）中任意選擇資料淘汰

　　． allkeys-lru：從資料集（server.db[i].dict）中挑選最近最少使用的資料淘汰

　　． allkeys-random：從資料集（server.db[i].dict）中任意選擇資料淘汰

　　． no-enviction（驅逐）：禁止驅逐資料

　　注意這裡的6種機制，volatile和allkeys規定了是對已設定過期時間的資料集淘汰資料還是從全部資料集淘汰資料，後面的lru、ttl以及random是三種不同的淘汰策略，再加上一種no-enviction永不回收的策略。

　　使用策略規則：

　　1、如果資料呈現冪律分佈，也就是一部分資料訪問頻率高，一部分資料訪問頻率低，則使用allkeys-lru

　　2、如果資料呈現平等分佈，也就是所有的資料訪問頻率都相同，則使用allkeys-random

　　三種資料淘汰策略：

　　ttl和random比較容易理解，實現也會比較簡單。主要是Lru最近最少使用淘汰策略，設計上會對key 按失效時間排序，然後取最先失效的key進行淘汰

18. redis持久化的幾種方式

1、快照（snapshots）

　　預設情況情況下，Redis把資料快照存放在磁碟上的二進位制檔案中，檔名為dump.rdb。你可以配置Redis的持久化策略，例如資料集中每N秒鐘有超過M次更新，就將資料寫入磁碟；或者你可以手工呼叫命令SAVE或BGSAVE。

　　工作原理

　　． Redis forks.

　　． 子程序開始將資料寫到臨時RDB檔案中。

　　． 當子程序完成寫RDB檔案，用新檔案替換老檔案。

　　． 這種方式可以使Redis使用copy-on-write技術。

2、AOF

　　快照模式並不十分健壯，當系統停止，或者無意中Redis被kill掉，最後寫入Redis的資料就會丟失。這對某些應用也許不是大問題，但對於要求高可靠性的應用來說，

　　Redis就不是一個合適的選擇。

　　Append-only檔案模式是另一種選擇。

　　你可以在配置檔案中開啟AOF模式

3、虛擬記憶體方式

　　當你的key很小而value很大時,使用VM的效果會比較好.因為這樣節約的記憶體比較大.

　　當你的key不小時,可以考慮使用一些非常方法將很大的key變成很大的value,比如你可以考慮將key,value組合成一個新的value.

　　vm-max-threads這個引數,可以設定訪問swap檔案的執行緒數,設定最好不要超過機器的核數,如果設定為0,那麼所有對swap檔案的操作都是序列的.可能會造成比較長時間的延遲,但是對資料完整性有很好的保證.

　　自己測試的時候發現用虛擬記憶體效能也不錯。如果資料量很大，可以考慮分散式或者其他資料庫

19. redis的併發競爭問題如何解決?

　　　Redis為單程序單執行緒模式，採用佇列模式將併發訪問變為序列訪問。Redis本身沒有鎖的概念，Redis對於多個客戶端連線並不存在競爭，但是在Jedis客戶端對Redis進行併發訪問時會發生連線超時、資料轉換錯誤、阻塞、客戶端關閉連線等問題，這些問題均是由於客戶端連線混亂造成。對此有2種解決方法：

　　　1.客戶端角度，為保證每個客戶端間正常有序與Redis進行通訊，對連線進行池化，同時對客戶端讀寫Redis操作採用內部鎖synchronized。

　　　2.伺服器角度，利用setnx實現鎖。

　　　注：對於第一種，需要應用程式自己處理資源的同步，可以使用的方法比較通俗，可以使用synchronized也可以使用lock；第二種需要用到Redis的setnx命令，但是需要注意一些問題。

20. redis事物的瞭解CAS(check-and-set 操作實現樂觀鎖 )?

　　和眾多其它資料庫一樣，Redis作為NoSQL資料庫也同樣提供了事務機制。在Redis中，MULTI/EXEC/DISCARD/WATCH這四個命令是我們實現事務的基石。相信對有關係型資料庫開發經驗的開發者而言這一概念並不陌生，即便如此，我們還是會簡要的列出Redis中事務的實現特徵：

　　　　1). 在事務中的所有命令都將會被序列化的順序執行，事務執行期間，Redis不會再為其它客戶端的請求提供任何服務，從而保證了事物中的所有命令被原子的執行。

　　　　2). 和關係型資料庫中的事務相比，在Redis事務中如果有某一條命令執行失敗，其後的命令仍然會被繼續執行。

　　　　3). 我們可以通過MULTI命令開啟一個事務，有關係型資料庫開發經驗的人可以將其理解為"BEGIN TRANSACTION"語句。在該語句之後執行的命令都將被視為事務之內的操作，最後我們可以通過執行EXEC/DISCARD命令來提交/回滾該事務內的所有操作。這兩個Redis命令可被視為等同於關係型資料庫中的COMMIT/ROLLBACK語句。

　　　　4). 在事務開啟之前，如果客戶端與伺服器之間出現通訊故障並導致網路斷開，其後所有待執行的語句都將不會被伺服器執行。然而如果網路中斷事件是發生在客戶端執行EXEC命令之後，那麼該事務中的所有命令都會被伺服器執行。

　　　　5). 當使用Append-Only模式時，Redis會通過呼叫系統函式write將該事務內的所有寫操作在本次呼叫中全部寫入磁碟。然而如果在寫入的過程中出現系統崩潰，如電源故障導致的宕機，那麼此時也許只有部分資料被寫入到磁碟，而另外一部分資料卻已經丟失。

Redis伺服器會在重新啟動時執行一系列必要的一致性檢測，一旦發現類似問題，就會立即退出並給出相應的錯誤提示。此時，我們就要充分利用Redis工具包中提供的redis-check-aof工具，該工具可以幫助我們定位到資料不一致的錯誤，並將已經寫入的部分資料進行回滾。修復之後我們就可以再次重新啟動Redis伺服器了。

21. WATCH命令和基於CAS的樂觀鎖：　

　在Redis的事務中，WATCH命令可用於提供CAS(check-and-set)功能。假設我們通過WATCH命令在事務執行之前監控了多個Keys，倘若在WATCH之後有任何Key的值發生了變化，EXEC命令執行的事務都將被放棄，同時返回Null multi-bulk應答以通知呼叫者事務執行失敗。例如，我們再次假設Redis中並未提供incr命令來完成鍵值的原子性遞增，如果要實現該功能，我們只能自行編寫相應的程式碼。其偽碼如下：

　　val = GET mykey

　　val = val + 1

　　SET mykey $val

　　以上程式碼只有在單連線的情況下才可以保證執行結果是正確的，因為如果在同一時刻有多個客戶端在同時執行該段程式碼，那麼就會出現多執行緒程式中經常出現的一種錯誤場景--競態爭用(race condition)。比如，客戶端A和B都在同一時刻讀取了mykey的原有值，假設該值為10，此後兩個客戶端又均將該值加一後set回Redis伺服器，這樣就會導致mykey的結果為11，而不是我們認為的12。為了解決類似的問題，我們需要藉助WATCH命令的幫助，見如下程式碼：

　　WATCH mykey

　　val = GET mykey

　　val = val + 1

　　MULTI

　　SET mykey $val

　　EXEC

和此前程式碼不同的是，新程式碼在獲取mykey的值之前先通過WATCH命令監控了該鍵，此後又將set命令包圍在事務中，這樣就可以有效的保證每個連線在執行EXEC之前，如果當前連接獲取的mykey的值被其它連線的客戶端修改，那麼當前連線的EXEC命令將執行失敗。這樣呼叫者在判斷返回值後就可以獲悉val是否被重新設定成功。

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