25张图解Redis连环面试！击溃面试官！

很多人问我，面试到底考察什么？面试官究竟想听到怎样的回答？针对这类疑惑，我觉得最好的解答，无疑是带着大家，以面试官视角，去进行面试，知己知彼，百战不殆，这就是我写这个系列的初衷。

话不多说，接下来就来看看我们面试官系列的第一弹吧！

这次我们的面试主题是Redis，我一般要考察的知识点都在下图，根据候选人的情况，会选择不同的知识点进行提问。

通过上图，大家对Redis面试问题也心里有数了吧？

现在，就让我们来体验一场沉浸式面试，牛牛担任恶魔面试官，友情请来阿柴担任面试者。

本文分为六个部分进行：

准备好了么？Let's go！

PART1 基础摸底

一般情况下，面试官不会上来就问难度颇高的问题，都是随着知识点循序渐进，校招更是遵从这样的引导思路。所以，考察面试者都是从基础知识入手，Redis当然也不例外。

你知道Redis是什么吗？

Redis是一个数据库，不过与传统RDBM不同，Redis属于NoSQL，也就是非关系型数据库，它的存储结构是Key-Value。Redis的数据直接存在内存中，读写速度非常快，因此 Redis被广泛应用于缓存方向。

那NoSQL的BASE理论是什么？

可以说BASE理论是CAP中一致性的妥协。和传统事务的ACID截然不同，BASE不追求强一致性，而是允许数据在一段时间内是不一致的，但最终达到一致状态，从而获得更高的可用性和性能。

先说说你最常用的Redis命令吧？

我最常用的读操作是get a，表示获取a对应的数据；最常用的写操作是setex a t b，表示将a的数据设置为b，并且在t秒后过期。

你提到了过期时间，那你知道Redis的过期键清除策略吗？

过期键清除策略有三种，分别是定时删除、定期删除和惰性删除。

定时删除，是在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器，让定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除操作；

定期删除，每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查，删除里面的过期键；

惰性删除，是指使用的时候，发现Key过期了，此时再进行删除。

Redis过期键采用的是定期删除+惰性删除二者结合的方式进行删除的。

如果过期键没有被访问，而周期性删除又跟不上新键产生的速度，内存不就慢慢耗尽了吗？

Redis支持内存淘汰，配置参数maxmemory_policy决定了内存淘汰策略的策略。这个参数一共有8个枚举值。

内存淘汰用到的是LRU算法吗？

嗯...Redis用的是近似LRU算法，LRU算法需要一个双向链表来记录数据的最近被访问顺序，但是出于节省内存的考虑，Redis的LRU算法并非完整的实现。

Redis通过对少量键进行取样，然后和目前维持的淘汰池综合比较，回收其中的最久未被访问的键。通过调整每次回收时的采样数量maxmemory-samples，可以实现调整算法的精度。

显然，面试官开门见山，摸了下阿柴的基础，并进行了一定程度的发散。看得出来，阿柴基础扎实，有备而来，是时候探探他的真本事了。

PART2 数据结构

你知道Redis有多少数据结构吗 ？

对外暴露5种Redis对象，分别是String、List、Hash、Set、Zset。底层实现依托于sds、ziplist、skiplist、dict等更基础数据结构。

不错，知道得很清楚，能区分对外结构和底层实现。那么下面就针对几个结构，来重点追问下。

那Redis字符串有什么特点？

Redis的字符串如果保存的对象是整数类型，那么就用int存储。如果不能用整数表示，就用SDS来表示，SDS通过记录长度，和预分配空间，可以高效计算长度，进行append操作。

嗯，能说清楚SDS就达到了面试官的预期，如果能根据不同数据类型讲清楚，加分！

Hash扩容过程是怎样的？

两张Hash表，平常起作用的都是0号表，当装载因子超过阈值时就会进行Rehash，将0号每上每一个bucket慢慢移动到1号表，所以叫渐进式Rehash，这种方式可以减少迁移系统的影响。

慢慢移动？能详细说下Rehash过程吗？

当周期函数发现为装载因子超过阈值时就会进行Rehash。Rehash的流程大概分成三步。

首先，生成新Hash表ht[1]，为 ht[1] 分配空间。此时字典同时持有ht[0]和ht[1]两个哈希表。字典的偏移索引从静默状态-1，设置为0，表示Rehash 工作正式开始。

然后，迁移ht[0]数据到ht[1]。在 Rehash进行期间，每次对字典执行增删查改操作，程序会顺带迁移一个ht[0]上的数据，并更新偏移索引。与此同时，周期函数也会定时迁移一批。

最后，ht[1]和ht[0]指针对象交换。随着字典操作的不断执行， 最终在某个时间点上，ht[0]的所有键值对都会被Rehash至 ht[1]，此时再将ht[1]和ht[0]指针对象互换，同时把偏移索引的值设为-1，表示Rehash操作已完成。

如果字典正在Rehash，此时有请求过来，Redis会怎么处理？

针对新增Key，是往ht[1]里面插入。针对读请求，先从ht[0]读，没找到再去ht[1]找。至于删除和更新，其实本质是先找到位置，再进行操作，所以和读请求一样，先找ht[0]，再找ht[1]，找到之后再进行操作。

接下来讲讲跳表的实现吧。

跳表本质上是对链表的一种优化，通过逐层跳步采样的方式构建索引，以加快查找速度。如果只用普通链表，只能一个一个往后找。跳表就不一样了，可以高层索引，一次跳跃多个节点，如果找过头了，就用更下层的索引。

图片来自维基百科

那每个节点有多少层呢？

使用概率均衡的思路，确定新插入节点的层数。Redis使用随机函数决定层数。直观上来说，默认1层，和丢硬币一样，如果是正面就继续往上，这样持续迭代，最大层数32层。

可以看到，50%的概率被分配到第一层，25%的概率被分配到第二层，12.5%的概率被分配到第三层。这种方式保证了越上层数量越少，自然跨越起来越方便。

跳表原理说清楚就达标，说出层次算法加分。

Redis的Zset为什么同时需要字典和跳表来实现？

Zset是一个有序列表，字典和跳表分别对应两种查询场景，字典用来支持按成员查询数据，跳表则用以实现高效的范围查询，这样两个场景，性能都做到了极致。

Redis的数据结构包含了很多干货，在细节处见功夫，阿柴对答如流。面试官不由地更加期待他接下来的表现了。

PART3 系统容灾

Redis是基于内存的存储，如果服务重启，数据不就丢失了吗？

可以通过持久化机制，备份数据。有两种方式，一种是开启RDB，RDB是Redis的二进制快照文件，优点是文件紧凑，占用空间小，恢复速度比较快。同时，由于是子进程Fork的模式，对Redis本身读写性能的影响很小。

另一种方式是AOF，AOF中记录了Redis的操作命令，可以重放请求恢复现场，AOF的文件会比RDB大很多。

出于性能考虑，如果开启了AOF，会将命令先记录在AOF缓冲，之后再刷入磁盘。数据刷入磁盘的时机根据参数决定，有三种模式：1.关闭时刷入；2.每秒定期刷入；3.执行命令后立刻触发。

AOF的优点是故障情况下，丢失的数据会比RDB更少。如果是执行命令后立马刷入，AOF会拖累执行速度，所以一般都是配置为每秒定期刷入，这样对性能影响不会很大。

AOF运行原理-创建

这样看起来，AOF文件会越来越大，最后磁盘都装不下？

不会的，Redis可以在AOF文件体积变得过大时，自动地在后台Fork一个子进程，专门对AOF进行重写。说白了，就是针对相同Key的操作，进行合并，比如同一个Key的set操作，那就是后面覆盖前面。

在重写过程中，Redis不但将新的操作记录在原有的AOF缓冲区，而且还会记录在AOF重写缓冲区。一旦新AOF文件创建完毕，Redis 就会将重写缓冲区内容，追加到新的AOF文件，再用新AOF文件替换原来的AOF文件。

Redis机器挂掉怎么办？

可以用主从模式部署，即有一个或多个备用机器，备用机会作为Slave同步Master的数据，在Redis出现问题的时候，把Slave升级为Master。

主从可以自动切换吗？

本身是不能，但可以写脚本实现，只是需要考虑的问题比较多。Redis已经有了现成的解决方案：哨兵模式。哨兵来监测Redis服务是否正常，异常情况下，由哨兵代理切换。为避免哨兵成为单点，哨兵也需要多机部署。

如果Master挂掉，会选择哪个Slave呢？

当哨兵集群选举出哨兵Leader后，由哨兵Leader从Redis从节点中选择一个Redis节点作为主节点：

1.过滤故障的节点；

2.选择优先级slave-priority最大的从节点作为主节点，如不存在，则继续；

3.选择复制偏移量最大的从节点作为主节点，如果都一样，则继续。这里解释下，数据偏移量记录写了多少数据，主服务器会把偏移量同步给从服务器，当主从的偏移量一致，则数据是完全同步；

4.选择runid最小的从节点作为主节点。Redis每次启动的时候生成随机的runid作为Redis的标识。

前面你提到了哨兵Leader，那它是怎么来的呢？

每一个哨兵节点都可以成为Leader，当一个哨兵节点确认Redis集群的主节点主观下线后，会请求其他哨兵节点要求将自己选举为Leader。被请求的哨兵节点如果没有同意过其他哨兵节点的选举请求，则同意该请求，也就是选举票数+1，否则不同意。

如果一个哨兵节点获得的选举票数超过节点数的一半，且大于quorum配置的值，则该哨兵节点选举为Leader；否则重新进行选举。

PART4 性能优化

Redis性能怎么样？

只能说在十万级。使用之前，要跑BenchMark，实际情况下会受带宽、负载、单个数据大小、是否开启多线程等因素影响，脱开具体场景谈性能，就没有意义。

Redis性能这么高，那它是协程模型，还是多线程模型？

Redis是单线程Reactor模型，通过高效的IO复用以及内存处理实现高性能。如果是6.0之前我会毫不犹豫说是单线程，6.0之后，我还是会说单线程，但会补充一句，IO解包通过多线程进行了优化，而处理逻辑，还是单线程。

另外，如果考虑到RDB的Fork，一些定时任务的处理，那么Redis也可以说多进程，这没有问题。但是Redis对数据的处理，至始至终，都是单线程。

可以详细说下6.0版本发布的多线程功能吗？

多线程功能，主要用于提高解包的效率。和传统的Multi Reactor多线程模型不同，Redis的多线程只负责处理网络IO的解包和协议转换，一方面是因为Redis的单线程处理足够快，另一方面也是为了兼容性做考虑。

如果数据太大，Redis存不下了怎么办？

使用集群模式。也就是将数据分片，不同的Key根据Hash路由到不同的节点。集群索引是通过一致性Hash算法来完成，这种算法可以解决服务器数量发生改变时，所有的服务器缓存在同一时间失效的问题。

同时，基于Gossip协议，集群状态变化时，如新节点加入、节点宕机、Slave提升为新Master，这些变化都能传播到整个集群的所有节点并达成一致。

一致性Hash能详细讲一下吗？

好的，传统的Hash分片，可以将某个Key，落到某个节点。但有一个问题，当节点扩容或者缩容，路由会被完全打乱。如果是缓存场景，很容易造成缓存雪崩问题。

为了优化这种情况，一致性Hash就应运而生了。一致性Hash是说将数据和服务器，以相同的Hash函数，映射到同一个Hash环上，针对一个对象，在哈希环上顺时针查找距其最近的机器，这个机器就负责处理该对象的相关请求。

这种情况下，增加节点，只会分流后面一个节点的数据。减少节点，那么请求会由后一个节点继承。也就是说，节点变化操作，最多只会影响后面一个节点的数据。

好了，看你对Redis掌握还不错，下面我们来聊聊场景相关的应用吧。

PART5 场景应用

Redis经常用作缓存，那数据一致性怎么保证？

从设计思路来说，有Cache Aside和Read/Write Through两种模式，前者是把缓存责任交给应用层，后者是将缓存的责任，放置到服务提供方。

你说到两种模式，那么哪种模式更好呢？

两种模式各有优缺点，从透明性考虑，服务方比较合适；如果从性能极致来说，业务方会更有优势，毕竟可以减去服务RPC的损耗。

嗯，如果数据发生变化，你会怎样去更新缓存？

更新方式的话，大概有四种：

1.数据存到数据库中，成功后，再让缓存失效，等到读缓存不命中的时候，再加载进去；

2.通过消息队列更新缓存；

3.先更新缓存，再更新服务，这种情况相当于把Cache也做Buffer用；

4.起一个同步服务，作为MySQL一个从节点，通过解析binlog同步重要缓存。

那我们来谈谈Redis缓存雪崩。

缓存雪崩表示在某一时间段，缓存集中失效，导致请求全部走数据库，有可能搞垮数据库，使整个服务瘫痪。雪崩原因一般是由于缓存过期时间设置得相同造成的。

针对这种情况，可以借鉴ETCD中Raft选举的优化，让过期时间随机化，避免同一批请求，在同一时间过期。另一方面，还可以业务层面容灾，为热点数据使用双缓存。

那Redis缓存穿透又是什么？

缓存穿透指请求数据库里面根本没有的数据，高频请求不存在的Key，有可能是正常的业务逻辑，但更可能的，是黑客的攻击。

可以用布隆过滤器来应对，布隆过滤器是一种比较巧妙的概率型数据结构，特点是高效地插入和查询，可以用来告诉我们 “某样东西一定不存在或者可能存在”。

那你说一下布隆过滤器的实现吧。

布隆过滤器底层是一个64位的整型，将字符串用多个Hash函数映射不同的二进制位置，将整型中对应位置设置为1。

在查询的时候，如果一个字符串所有Hash函数映射的值都存在，那么数据可能存在。为什么说可能呢，就是因为其他字符可能占据该值，提前点亮。

可以看到，布隆过滤器优缺点都很明显，优点是空间、时间消耗都很小，缺点是结果不是完全准确。

还有个概念叫缓存击穿，你能讲讲看吗？

嗯...缓存击穿，是指某一热键，被超高的并发访问，在失效的一瞬间，还没来得及重新产生，就有海量数据，直达数据库，可谓是兵临城下。

这种情况和缓存雪崩的不同之处，在于雪崩是大量缓存赶巧儿一起过期，击穿只是单个超热键失效。

这种超高频Key，我们要提高待遇，可以让它不过期，再单独实现数据同步逻辑，来维护数据的一致性。当然，无论如何，对后端肯定是需要限频的，不然如果Redis数据丢失，数据库还是会被打崩。限频方式可以是分布式锁或分布式令牌桶。

那Redis可以做消息队列吗？

嗯...可以是可以，但我觉得用它来做消息队列不合适。Redis本身没有支持AMQP规范，消息队列该有的能力缺胳膊少腿，消息可靠性不强。

因为总有人拿Redis做消息队列。Redis的作者都看不下去了，赶紧出了个Disque来专事专做，虽然没大红大紫，但至少明确告诉了我们，Redis，别拿来做消息队列！

那你能谈谈Redis在秒杀场景的应用吗？

Redis主要是起到选拔流量的作用，记录商品总数，还有就是已下单数，等达到总数之后拦截所有请求。可以多放些请求进来，然后塞入消息队列。

蚂蚁金服的云Redis提到消息队列可以用Redis来实现，但我觉得更好的方式是用Kafka这种标准消息队列组件。

你能继续说说Redis在分布式锁中的应用吗？

锁是计算机领域一个非常常见的概念，分布式锁也依赖存储组件，针对请求量的不同，可以选择Etcd、MySQL、Redis等。前两者可靠性更强，Redis性能更高。

那我们再聊聊Redis在限流场景的应用吧。

在微服务架构下，限频器也需要分布式化。无论是哪种算法，都可以结合Redis来实现。这里我比较熟悉的是基于Redis的分布式令牌桶。

很显然，Redis负责管理令牌，微服务需要进行函数操作，就向Redis申请令牌，如果Redis当前还有令牌，就发放给它。拿到令牌，才能进行下一步操作。

另一方面，令牌不光要消耗，还需要补充，出于性能考虑，可以使用懒生成的方式：使用令牌时，顺便生成令牌。这样子还有个好处：令牌的获取，和令牌的生成，都可以在一个Lua脚本中，保证了原子性。

可以了，你就是我们想要的仔。

PART6 面试点评

Redis是后台开发中非常重要的领域，更是面试环节的高频考点，希望通过这种形式，让大家切身体会到面试的要点在哪里，并针对这些做专门的准备。

本次阿柴凭借着极高的修为，击退了恶魔面试官牛牛，但这不是结束，仅仅是个开端。