Redis（配思维导图）

思维导图：

1.RDBMS与NOSQL的区别

• RDBMS：关系型数据库管理系统

  • 应用：业务性数据存储
  • 特点：体现数据之间的关系，支持完善事务，业务稳定且安全，数据量小的情况下性能较好

• NOSQL：非关系型数据库

  • 应用：高并发情景下的数据缓存和数据存储
  • 特点：读写速度特别快，并发量高，但事务支持不完善，稳定性和安全性较差

2.Redis的功能和应用场景

• 定义：基于内存的分布式的NoSQL数据库
• 功能：提供高性能高并发的数据读写
• 特点：
  • ①.基于C语言开发，与硬件的交互性较好
  • ②.基于内存实现数据的读写，性能快（高性能）
  • ③.分布式架构，扩展性和稳定性好（高并发）
  • ④.支持事务，支持多种数据类型
    • String：类似于java的字符串
    • Hash：类似于java中的Map集合
    • List：有序可重复的元素集合
    • Set：无序且不可重复的元素集合，一般用于去重
    • Zset：Sorted Set,有序不可重复
• 应用场景：
  • ①.缓存：适合于高并发大数据量的数据缓存
  • ②.数据库：适合于高性能小数据量的持久性存储
  • ③.消息队列：一般不用

3.Redis的数据是什么结构？Value的常用类型有哪几种？

• 数据结构：K-V对，数据直接存储在数据库
  • K：String
  • V：String、Hash、List、Set、Zset

4.Redis常用的通用命令

• 1.Keys *：列举当前数据库中所有Key
• 2.del key ：删除某个KV
• 3.exists key ：判断某个Key是否存在
• 4.type key ：判断这个K对应的V的类型的
• 5.expire K 过期时间 ：设置某个K的过期时间，一旦到达过期时间，这个K会被自动删除
• 6.ttl K ：查看某个K剩余的存活时间
• 7.select N ：切换数据库的
  • ①Redis默认有16个数据：db0 ~ db15，个数可以通过配置文件修改，名称不能改
  • ②Redis是一层数据存储结构：所有KV直接存储在数据库中
  • ③默认进入db0
• 8.move key N ：将某个Key移动到某个数据库中
• 9.Flushdb ：清空当前数据库的所有Key
• 10.Flushall ：清空所有数据库的所有Key

5.每种类型的常用命令有哪些？

• String：set、mset、setnx、get、mget、strlen、getrange
• Hash：hset、hmset、hget、hmget、hgetall、hvals、hlen
• List：lpush、rpush、lrange、lpop、rpop
• Set：sadd、smembers、sismembers、srem、scard
• Zset：zadd、zrange、zrevrange、zrem、zcard、zscore
• bitmap：setbit/getbit/bitcount/bitop
• hyperloglogs：pfadd，pfmerge

6.实现Jedis的客户端连接

• 实现步骤：

Step1：构建连接对象
Jedis jedis = null;
 @Before
    public void getConnection(){
        //方式一：直接构建Jedis对象
        // jedis = new Jedis("node1",6379);
        //方式二：通过连接池构建Jedis
        //构建连接池配置对象
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
        config.setMaxTotal(10);//总连接构建   
        config.setMaxIdle(5);//最大空闲连接   
        config.setMinIdle(2);//最小空闲连接   
        //构建连接池对象
        JedisPool jedisPool = new JedisPool(config,"node1",6379);
        //获取连接
        jedis = jedisPool.getResource();
    }
//Step2：调用连接对象的方法实现操作
……
//Step3：释放连接
@After
    public void closeConnection(){
        jedis.close();
    }

7.Jedis中有哪些类和方法？

• Jedis：客户端连接对象
  • 与命令保持一致
• JedisPool：连接池对象
  • getResource：获取连接对象
• JedisPollConfig：连接池配置对象

8.Redis如何保证数据的安全性？

持久化机制：persist

• (1)RDB:默认机制

  • ①思想：在一定时间周期内发生一定次数数据更新【插入、删除、修改】操作，就对整个内存中所有的数据拍摄全量数据快照存储在磁盘上(覆盖先前的)
    

  • ②实现

    • 1)手动：save（前端运行）/bgsave（后台运行）/shutdown(关闭服务端)/flushall(清空，没有意义)，当执行某些命令时，会自动拍摄快照【一般不用】
    • 2)自动：按照一定的时间内发生的更新的次数，拍摄快照

  • Redis可以设置多组rdb条件，默认设置了三组，这三组共同交叉作用，满足任何一个都会拍摄快照

  • 为什么默认设置3组？

    • 原因：如果只有一组策略，面向不同的写的场景，会导致数据丢失，针对不同读写速度，设置不同策略，进行交叉保存快照，满足各种情况数据的保存策略

  • ③优点：二进制文件的全量快照、更快、更小、fork进程实现性能更好

  • ④缺点：有一点概率出现数据丢失

  • ⑤应用：缓存场景，数据备份和回复

• (2)AOF：灵活性更好（安全和性能可以自由选择）

  • ①思想：按照一定规则，将内存数据变化的日志追加记录在文件中

  • ②实现：

    • 1)Appendfsync always：每写一条内存就追加一条到磁盘
      • 安全性最高，性能最低
    • 2)Appendfsync Everysec: 每一秒追加一次磁盘
      • 安全和性能权衡，性能高于always，但会有数据丢失风险，最多1S
    • 3)Appendfsync No：交给系统来做，不有Redis控制，不用

  • ③优点：灵活性更高，可以自由选择安全性和性能

  • ④缺点：加载恢复数据比较慢，文件失普通文本，过大并且包含很多无用操作【定期构建快照】

  • ⑤应用：永久性的存储数据（数据库）

• (3)持久化方案：两种方案怎么选？
  • ①两种方案都用：默认不配置AOF，使用的RDB
  • ②问题：两种都用，重启Redis加载的是谁的数据？
    答：加载AOF

9. Redis的事务有什么特点？

• 事务定义：事务是数据库操作的最小工作单元，包含原子性、一致性、隔离性、持久性

• 1.Redis本身是单线程，本身没有事务概念

• 2.Redis支持事务的本质是一组命令的集合，将多条命令放入队列中，按照顺序依次串行执行

• 3.一般不用，不保证原子性

• 4.没有隔离性：批量的事务命令执行前在缓存队列中，没有事务交叉，不存在脏读幻读等问题

• 实现过程：

  • （1）开启事务
  • （2）提交事务
  • （3）执行事务

• 常用命令：

  • (1) multi：开启事务
  • (2) exec：执行事务
  • (3) discard：取消事务
  • (4) watch：监听机制，类似于乐观锁
    • 乐观锁：总是假设最好的情况，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，只在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据
  • (5) unwatch：取消监听

10.Redis的数据过期机制和内存淘汰机制是什么？

• 问题：Redis使用的是内存，内存如果满了，怎么解决？

• 1.过期策略

  • 设计思想：避免内存满，指定Key的存活时间，到达存活时间以后自动删除

  • （1）定时过期：指定Key的存活时间，一直监听这个存活时间，一旦达到存活时间，自动删除

    • 注：需要CPU一直做监听，如果Key比较多，CPU的消耗比较严重

  • （2）惰性过期：指定Key的存活时间，当使用这个Key时，判断是否过期，如果过期就删除
    缺点：如果某个Key设置了过期时间，但是一直没有使用，不会被发现过期了，就会导致资源浪费

  • （3）定期过期：每隔一段时间就检查数据是否过期，如果过期就进行删除

  • Redis中使用了惰性过期和定期过期两种策略共同作用

• 2.内存淘汰机制

  • 设计思想：Redis的内存淘汰策略是指在Redis的用于缓存的内存不足时，怎么处理需要新写入且需要申请额外空间的数据， Redis 源码中的默认配置
  • (1)过期Key：随机、LRU、TTL
  • (2)所有Key：随机、LRU
  • (3)直接报错
  • (4)缓存：所有Key-LRU
  • (5)持久化：过期Key-LRU

11.Redis的主从复制集群、哨兵集群、分片集群各自有什么特点？

• 1.主从复制集群
  • (1)主（Master）：提供读写
  • (2)从（slave）：提供写，与Master同步数据
  • (3)优点：实现了读写分离，分摊了读写的压力负载，如果一台Redis的Slave故障，其他的Redis服务节点照常对外提供服务
  • (4)问题：Master存在单点故障问题
• 2.哨兵集群
  • (1)基于主从复制+引入哨兵机制
  • (2)哨兵进程：监听所有节点，实现故障恢复，配置同步
  • (3)功能：允许Slave选举成为Master（解决主从复制的master单点故障问题）
  • (4)过程：
    • ①step1：某个哨兵发现master故障（主观性故障）
    • ②step2：等到一定数量哨兵（半数以上）认为master故障，客观性故障
    • ③Step3：从Slave选举新的Master
    • ④Step4：修改其他Slave的配置与新的master同步数据
  • (5)缺点：资源不足
• 3.分片集群：分布式内存
  • 问题：Redis哨兵集群中的存储容量只有单台机器，如何解决大量数据使用Redis存储问题？
  • 思想：将多个小的Redis集群逻辑上合并成一个大的Redis集群，每个小的集群就是一个分片
    • ①分片规则：虚拟槽位计算来进行分片，每个分片对应一定的槽位数
    • ②读写数据时：CRC16【K】&16383=0~16383
    • ③每个小的Redis集群里有master和slave（只读写master）

12.常见面试题

• (1) 什么是缓存击穿，怎么解决？

  • ①现象：有一个Key，经常需要高并发的访问，这个Key有过期时间的，一旦达到过期时间，这个Key被删除，所有高并发落到了MySQL中，被击穿了
  • ②解决
    • 1)step1：资源充足的情况下，设置永不过期
    • 2)step2：对这个Key做一个互斥锁，只允许一个请求去读取，其他的所有请求先阻塞掉
      • a.第一个请求redis中没有读取到，读了MySQL，再将这个数据放到Redis中
      • b.释放所有阻塞的请求

• (2) 什么是缓存雪崩，怎么解决？

  • ①现象：大量的Key在同一个时间段过期，大量的Key的请求在Redis中都没有，都去请求MySQL，导致MySQL奔溃
  • ②解决
  • 1)step1：资源充足允许的情况下，设置大部分的Key不过期
  • 2)step2：给所有Key设置过期时间时加上随机值，让Key不再同一时间过期

• (3) Redis中的Key怎么设计？

  • ①使用统一的命名规范
  • ②一般使用业务名(或数据库名)为前缀，用冒号分隔，例如，业务名:表名:id。
    • 例如：shop:usr:msg_code（电商:用户:验证码）
  • ③控制key名称的长度，不要使用过长的key
  • ④在保证语义清晰的情况下，尽量减少Key的长度。有些常用单词可使用缩写，例如，user缩写为u，messages缩写为msg
  • ⑤名称中不要包含特殊字符、包含空格、单双引号以及其他转义字符

• (4) 为什么Redis是单线程的？

  • ①因为Redis是基于内存的操作，CPU不是Redis的瓶颈
  • ②Redis的瓶颈最有可能是机器内存的大小或者网络带宽
  • ③单线程容易实现，而且CPU不会成为瓶颈，所以没必要使用多线程增加复杂度
  • ④可以使用多Redis压榨CPU，提高性能

• (5) 为什么Redis的性能很高？

  • ①完全基于内存，非常快速
  • ②数据结构简单，对数据操作也简单
  • ③采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件
  • ④多路I/O复用模型，非阻塞IO