Redis基础学习
一、什么是Redis ？
Redis(Remote Dictionary Server) 是一个使用 C 语言编写的，开源的（BSD许 可）高性能非关系型（NoSQL）的键值对数据库。
Redis 可以存储键和五种不同类型的值之间的映射。键的类型只能为字符串，值 支持五种数据类型：字符串、列表、集合、散列表、有序集合。
与传统数据库不同的是 Redis 的数据是存在内存中的，所以读写速度非常快， 因此 redis 被广泛应用于缓存方向，每秒可以处理超过 10万次读写操作，是已
知性能快的Key-Value DB。
另外，Redis 也经常用来做分布式锁。除此之 外，Redis 支持事务 、持久化、LUA脚本、LRU驱动事件、多种集群方案。
二、Redis有哪些优缺点 ?
**优点 **
- 读写性能优异， Redis能读的速度是110000次/s，写的速度是81000次/s。
- 支持数据持久化，支持AOF和RDB两种持久化方式。
- 支持事务，Redis的所有操作都是原子性的，同时Redis还支持对几个操作合并 后的原子性执行。
- 数据结构丰富，除了支持string类型的value外还支持hash、set、zset、list等 数据结构。
- 支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离。
**缺点 **
- 数据库容量受到物理内存的限制，不能用作海量数据的高性能读写，因此Redis 适合的场景主要局限在较小数据量的高性能操作和运算上。
- Redis 不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求 失败，需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复。
- 主机宕机，宕机前有部分数据未能及时同步到从机，切换IP后还会引入数据不一 致的问题，降低了系统的可用性。
- Redis 较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。为避 免这一问题，运维人员在系统上线时必须确保有足够的空间，这对资源造成了很大的 浪费。
三、为什么要用 Redis /为什么要用缓存 ?
主要从“高性能”和“高并发”这两点来看待这个问题。
高性能：
假如用户第一次访问数据库中的某些数据。这个过程会比较慢，因为是从硬盘上 读取的。将该用户访问的数据存在数缓存中，这样下一次再访问这些数据的时候 就可以直接从缓存中获取了。操作缓存就是直接操作内存，所以速度相当快。如 果数据库中的对应数据改变的之后，同步改变缓存中相应的数据即可！
高并发：
直接操作缓存能够承受的请求是远远大于直接访问数据库的，所以我们可以考虑 把数据库中的部分数据转移到缓存中去，这样用户的一部分请求会直接到缓存这 里而不用经过数据库。
四、为什么要用 Redis 而不用 map/guava 做缓存?
缓存分为本地缓存和分布式缓存。以 Java 为例，使用自带的 map 或者 guava 实现的是本地缓存，主要的特点是轻量以及快速，生命周期随着 jvm 的销毁 而结束，并且在多实例的情况下，每个实例都需要各自保存一份缓存，缓存不具 有一致性。
使用 redis 或 memcached 之类的称为分布式缓存，在多实例的情况下，各实 例共用一份缓存数据，缓存具有一致性。缺点是需要保持 redis 或 memcached 服务的高可用，整个程序架构上较为复杂。
五、Redis为什么这么快 ？
- 完全基于内存，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速。数据存在内存 中，类似于 HashMap，HashMap 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；
六、Redis有哪些数据类型 ？
Redis主要有5种数据类型，包括String，List，Set，Zset，Hash，满足大部分 的使用要求 数据类型 可以存储 的值 操作 应用场景
| 数据类型 | 可以存储 的值 | 操作 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| STRING | 字符串、 整数或者 浮点数 | 对整个字 符串或者 字符串的 其中一部 分执行操 作 对整数和 浮点数执 行自增或 者自减操 作 | 做简单的 键值对缓 存 |
| LIST | 列表 | 从两端压 入或者弹 出元素 对单个或 者多个元 素进行修 剪， 只保留一 个范围内 的元素 | 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 数据 |
| SET | 无序集合 | 添加、获 取、移除 单个元素 检查一个 元素是否 存在于集 合中 | 交集、并 集、差集 的操作， 比如交 集，可以 把两个人 的粉丝列 |
| HASH | 包含键值 对的无序 散列表 | 添加、获 取、移除 单个键值 对 获取所有 键值对 检查某个 键是否存 在 | 结构化的 数据，比 如一个对 象 |
| ZSET | 有序集合 | 添加、获 取、删除 元素 根据分值 范围或者 成员来获 取元素 计算一个 键的排名 | 去重但可 以排序， 如获取排 名前几名 的用户 |
七、Redis的应用场景 ？
总结一
计数器
可以对 String 进行自增自减运算，从而实现计数器功能。Redis 这种内存型数 据库的读写性能非常高，很适合存储频繁读写的计数量。
缓存
将热点数据放到内存中，设置内存的大使用量以及淘汰策略来保证缓存的命中率。
会话缓存
可以使用 Redis 来统一存储多台应用服务器的会话信息。当应用服务器不再存 储用户的会话信息，也就不再具有状态，一个用户可以请求任意一个应用服务 器，从而更容易实现高可用性以及可伸缩性。
全页缓存（FPC）
除基本的会话token之外，Redis还提供很简便的FPC平台。以Magento为例， Magento提供一个插件来使用Redis作为全页缓存后端。此外，对WordPress的用户来说，Pantheon有一个非常好的插件 wp-redis，这个插件能帮助你以 快速度加载你曾浏览过的页面。
查找表
例如 DNS 记录就很适合使用 Redis 进行存储。查找表和缓存类似，也是利用了 Redis 快速的查找特性。但是查找表的内容不能失效，而缓存的内容可以失效， 因为缓存不作为可靠的数据来源。
消息队列(发布/订阅功能)
List 是一个双向链表，可以通过 lpush 和 rpop 写入和读取消息。不过好使用 Kafka、RabbitMQ 等消息中间件。
分布式锁实现 在分布式场景下，无法使用单机环境下的锁来对多个节点上的进程进行同步。可 以使用 Redis 自带的 SETNX 命令实现分布式锁，除此之外，还可以使用官方提 供的 RedLock 分布式锁实现。
其它
Set 可以实现交集、并集等操作，从而实现共同好友等功能。ZSet 可以实现有 序性操作，从而实现排行榜等功能。
总结二
Redis相比其他缓存，有一个非常大的优势，就是支持多种数据类型。
数据类型说明string字符串，简单的k-v存储hashhash格式，value为field和 value，适合ID-Detail这样的场景。list简单的list，顺序列表，支持首位或者末 尾插入数据set无序list，查找速度快，适合交集、并集、差集处理sorted set有 序的set
其实，通过上面的数据类型的特性，基本就能想到合适的应用场景了。
string——适合简单的k-v存储，类似于memcached的存储结构，短信验证 码，配置信息等，就用这种类型来存储。
hash——一般key为ID或者唯一标示，value对应的就是详情了。如商品详情， 个人信息详情，新闻详情等。
list——因为list是有序的，比较适合存储一些有序且数据相对固定的数据。如省 市区表、字典表等。因为list是有序的，适合根据写入的时间来排序，如：新 的***，消息队列等。
set——可以简单的理解为ID-List的模式，如微博中一个人有哪些好友，set 牛的地方在于，可以对两个set提供交集、并集、差集操作。例如：查找两个人 共同的好友等。
Sorted Set——是set的增强版本，增加了一个score参数，自动会根据score的 值进行排序。比较适合类似于top 10等不根据插入的时间来排序的数据。 如上所述，虽然Redis不像关系数据库那么复杂的数据结构，但是，也能适合很 多场景，比一般的缓存数据结构要多。了解每种数据结构适合的业务场景，不仅 有利于提升开发效率，也能有效利用Redis的性能。
八、什么是Redis持久化？
持久化就是把内存的数据写到磁盘中去，防止服务宕机了内存数据丢失。
九、Redis 的持久化机制是什么？各自的优缺点？
Redis 提供两种持久化机制 RDB（默认） 和 AOF 机制:
RDB：是Redis DataBase缩写快照
RDB是Redis默认的持久化方式。按照一定的时间将内存的数据以快照的形式保 存到硬盘中，对应产生的数据文件为dump.rdb。通过配置文件中的save参数来 定义快照的周期。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GxkQo2PG-1670293133744)(12-Redis面试题（2020最新版）-重点.assets/RDB.png)]
优点：
- 只有一个文件 dump.rdb，方便持久化。
- 容灾性好，一个文件可以保存到安全的磁盘。
- 性能大化，fork 子进程来完成写操作，让主进程继续处理命令，所以是 IO 大化。使用单独子进程来进行持久化，主进程不会进行任何 IO 操作，保证了 redis 的高性能
- 相对于数据集大时，比 AOF 的启动效率更高。
缺点：
- 数据安全性低。RDB 是间隔一段时间进行持久化，如果持久化之间 redis 发 生故障，会发生数据丢失。所以这种方式更适合数据要求不严谨的时候)
- AOF（Append-only file)持久化方式： 是指所有的命令行记录以 redis 命 令请 求协议的格式完全持久化存储)保存为 aof 文件。
AOF：持久化
AOF持久化(即Append Only File持久化)，则是将Redis执行的每次写命令记录 到单独的日志文件中，当重启Redis会重新将持久化的日志中文件恢复数据。 当两种方式同时开启时，数据恢复Redis会优先选择AOF恢复。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-x36qNN9u-1670293133744)(12-Redis面试题（2020最新版）-重点.assets/AOF.png)]
优点：
- 数据安全，aof 持久化可以配置 appendfsync 属性，有 always，每进行一 次 命令操作就记录到 aof 文件中一次。
- 通过 append 模式写文件，即使中途服务器宕机，可以通过 redis-checkaof 工具解决数据一致性问题。
- AOF 机制的 rewrite 模式。AOF 文件没被 rewrite 之前（文件过大时会对命 令 进行合并重写），可以删除其中的某些命令（比如误操作的 flushall）)
缺点：
- AOF 文件比 RDB 文件大，且恢复速度慢。
- 数据集大的时候，比 rdb 启动效率低。
优缺点是什么？
- AOF文件比RDB更新频率高，优先使用AOF还原数据。
- AOF比RDB更安全也更大
- RDB性能比AOF好
- 如果两个都配了优先加载AOF
如何选择合适的持久化方式
- 一般来说， 如果想达到足以媲美PostgreSQL的数据安全性，你应该 同时使用两种持久化功能。在这种情况下，当 Redis 重启的时候会优先载 入AOF文件来恢复原始的数据，因为在通常情况下AOF文件保存的数据集 要比RDB文件保存的数据集要完整。
- 如果你非常关心你的数据， 但仍然可以承受数分钟以内的数据丢失， 那么你可以只使用RDB持久化。
- 有很多用户都只使用AOF持久化，但并不推荐这种方式，因为定时生 成RDB快照（snapshot）非常便于进行数据库备份， 并且 RDB 恢复数据 集的速度也要比AOF恢复的速度要快，除此之外，使用RDB还可以避免 AOF程序的bug。
- 如果你只希望你的数据在服务器运行的时候存在，你也可以不使用任 何持久化方式。
Redis持久化数据和缓存怎么做扩容？
如果Redis被当做缓存使用，使用一致性哈希实现动态扩容缩容。
如果Redis被当做一个持久化存储使用，必须使用固定的keys-tonodes映射关系，节点的数量一旦确定不能变化。否则的话(即Redis节点需要动态变化的情况），必须使用可以在运行时进行数据再平衡的一套系统，而当前只有Redis集群可以做到这样。
十、Redis的过期键和删除策略？
我们都知道，Redis是key-value数据库，我们可以设置Redis中缓存的key的过
期时间。Redis的过期策略就是指当Redis中缓存的key过期了，Redis如何处理。
过期策略通常有以下三种
- 定时过期：每个设置过期时间的key都需要创建一个定时器，到过期时间就会立即清除。该策略可以立即清除过期的数据，对内存很友好；但是会占用大量的CPU资源去处理过期的数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量。
- 惰性过期：只有当访问一个key时，才会判断该key是否已过期，过期则清除。该策略可以 大化地节省CPU资源，却对内存非常不友好。极端情况可能出现大量的过期key没有再次被访问，从而不会被清除，占用大量内存。
- 定期过期：每隔一定的时间，会扫描一定数量的数据库的expires字典中一定数量的key，并清除其中已过期的key。该策略是前两者的一个折中方案。通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到 优的平衡效果。
(expires字典会保存所有设置了过期时间的key的过期时间数据，其中，key是指向键空间中的某个键的指针，value是该键的毫秒精度的UNIX时间戳表示的过期时间。键空间是指该Redis集群中保存的所有键。)
Redis中同时使用了惰性过期和定期过期两种过期策略。
Redis key的过期时间和永久有效分别怎么设置
EXPIRE和PERSIST命令。
十一、Redis的内存淘汰策略有哪些？
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。
全局的键空间选择性移除:
noeviction：当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。
allkeys-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除 近 少使用的key。（这个是最常用的）
allkeys-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个key。(不建议)
设置过期时间的键空间选择性移除:
volatile-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除 近 少使用的key。
volatile-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个key。
volatile-ttl：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的key优先移除。
总结
Redis的内存淘汰策略的选取并不会影响过期的key的处理。内存淘汰策略用于处理内存不足时的需要申请额外空间的数据；过期策略用于处理过期的缓存数据。
十二、Redis内存？
Redis主要消耗什么物理资源？
内存。
Redis的内存用完了会发生什么？
如果达到设置的上限，Redis的写命令会返回错误信息（但是读命令还可以正常返回。）或者你可以配置内存淘汰机制，当Redis达到内存上限时会冲刷掉旧的内容。
Redis如何做内存优化？
可以好好利用Hash,list,sorted set,set等集合类型数据，因为通常情况下很多小的Key-Value可以用更紧凑的方式存放到一起。尽可能使用散列表
（hashes），散列表（是说散列表里面存储的数少）使用的内存非常小，所以你应该尽可能的将你的数据模型抽象到一个散列表里面。比如你的web系统中有一个用户对象，不要为这个用户的名称，姓氏，邮箱，密码设置单独的key，而是应该把这个用户的所有信息存储到一张散列表里面线程模型
十三、Redis如何做内存优化？？
可以好好利用Hash,list,sorted set,set等集合类型数据，因为通常情况下很多小的Key-Value可以用更紧凑的方式存放到一起。尽可能使用散列表（hashes），散列表（是说散列表里面存储的数少）使用的内存非常小，所以你应该尽可能的将你的数据模型抽象到一个散列表里面。比如你的web系统中有一个用户对象，不要为这个用户的名称，姓氏，邮箱，密码设置单独的key，而是应该把这个用户的所有信息存储到一张散列表里面线程模型
八、Redis线程模型？
Redis基于Reactor模式开发了网络事件处理器，这个处理器被称为文件事件处理器（file event handler）。它的组成结构为4部分：多个套接字、IO多路复用程序、文件事件分派器、事件处理器。因为文件事件分派器队列的消费是单线程的，所以Redis才叫单线程模型。
文件事件处理器使用 I/O 多路复用（multiplexing）程序来同时监听多个套接字， 并根据套接字目前执行的任务来为套接字关联不同的事件处理器。当被监听的套接字准备好执行连接应答（accept）、读取（read）、写入（write）、关闭（close）等操作时， 与操作相对应的文件事件就会产生， 这时文件事件处理器就会调用套接字之前关联好的事件处理器来处理这些事件。
虽然文件事件处理器以单线程方式运行， 但通过使用 I/O 多路复用程序来监听多个套接字， 文件事件处理器既实现了高性能的网络通信模型， 又可以很好地与 redis 服务器中其他同样以单线程方式运行的模块进行对接， 这保持了 Redis 内部单线程设计的简单性。