Redis核心技术（问题解答篇）

01-基本架构：一个键值数据库（Redis）包含什么？

Redis能够在实际业务场景中得到广泛的应用，就是得益于支持多样化类型的value。
一个键值数据库包括了访问框架、索引模块、操作模块和存储模块四部分

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Redis有四个重点关注方面：
1、Redis主要通过网络框架进行访问
2、Redis数据模型中的value类型很丰富
3、Redis的持久化模式能支持两种方式：日志（AOF）和快照（RDB）
4、Redis支持高可靠集群和高可靠扩展

高性能IO模型：为什么单线程Redis能那么快？

我要和你厘清一个事实，我们通常说，Redis是单线程，主要是指Redis的网络IO和键值对读写是由一个线程来完成的，这也是Redis对外提供键值存储服务的主要流程。但Redis的其他功能，比如持久化、异步删除、集群数据同步等，其实是由额外的线程执行的。

AOF日志：宕机了，Redis如何避免数据丢失？

AOF机制给我们提供了三个选择，也就是AOF配置项appendfsync的三个可选值。

• Always，同步写回：每个写命令执行完，立马同步地将日志写回磁盘；
• Everysec，每秒写回：每个写命令执行完，只是先把日志写到AOF文件的内存缓冲区，每隔一秒把缓冲区中的内容写入磁盘；
• No，操作系统控制的写回：每个写命令执行完，只是先把日志写到AOF文件的内存缓冲区，由操作系统决定何时将缓冲区内容写回磁盘。

07-哨兵机制：主库挂了，如何不间断服务？

哨兵主要负责的就是三个任务：监控、选主（选择主库）和通知。

（1）监控

监控是指哨兵进程在运行时，周期性地给所有的主从库发送PING命令，检测它们是否仍然在线运行。如果从库没有在规定时间内响应哨兵的PING命令，哨兵就会把它标记为“下线状态”；同样，如果主库也没有在规定时间内响应哨兵的PING命令，哨兵就会判定主库下线，然后开始自动切换主库的流程。

（2）选主

主库挂了以后，哨兵就需要从很多个从库里，按照一定的规则选择一个从库实例，把它作为新的主库。

（3）通知

在执行通知任务时，哨兵会把新主库的连接信息发给其他从库，让它们执行replicaof命令，和新主库建立连接，并进行数据复制。同时，哨兵会把新主库的连接信息通知给客户端，让它们把请求操作发到新主库上。

“客观下线”的标准就是，当有N个哨兵实例时，最好要有N/2 + 1个实例判断主库为“主观下线”，才能最终判定主库为“客观下线”。

如何选定新主库？

哨兵选择新主库的过程称为“筛选+打分”。简单来说，我们在多个从库中，先按照一定的筛选条件，把不符合条件的从库去掉。然后，我们再按照一定的规则，给剩下的从库逐个打分，将得分最高的从库选为新主库，如下图所示：

这三个规则分别是从库优先级、从库复制进度以及从库ID号。

• 第一轮：优先级最高的从库得分高。
• 第二轮：和旧主库同步程度最接近的从库得分高。
• 第三轮：ID号小的从库得分高。

用户可以通过slave-priority配置项，给不同的从库设置不同优先级。

在优先级和复制进度都相同的情况下，ID号最小的从库得分最高，会被选为新主库。

08-哨兵集群：哨兵挂了，主从库还能切换吗？

• 为了实现主从切换，我们引入了哨兵；
• 为了避免单个哨兵故障后无法进行主从切换，以及为了减少误判率，又引入了哨兵集群；
• 哨兵集群又需要有一些机制来支撑它的正常运行。

支持哨兵集群的这些关键机制，包括：

• 基于pub/sub机制的哨兵集群组成过程；
• 基于INFO命令的从库列表，这可以帮助哨兵和从库建立连接；
• 基于哨兵自身的pub/sub功能，这实现了客户端和哨兵之间的事件通知。

09-切片集群：数据增多了，是该加内存还是加实例？

切片集群是一种保存大量数据的通用机制

简单来说，bgsave子进程是由主线程fork生成的，可以共享主线程的所有内存数据。bgsave子进程运行后，开始读取主线程的内存数据，并把它们写入RDB文件。

如果频繁地执行全量快照，也会带来两方面的开销。

• 一方面，频繁将全量数据写入磁盘，会给磁盘带来很大压力，多个快照竞争有限的磁盘带宽，前一个快照还没有做完，后一个又开始做了，容易造成恶性循环。
• 另一方面，bgsave子进程需要通过fork操作从主线程创建出来。虽然，子进程在创建后不会再阻塞主线程，但是，fork这个创建过程本身会阻塞主线程，而且主线程的内存越大，阻塞时间越长。如果频繁fork出bgsave子进程，这就会频繁阻塞主线程了。那么，有什么其他好方法吗？

此时，我们可以做增量快照，所谓增量快照，就是指，做了一次全量快照后，后续的快照只对修改的数据进行快照记录，这样可以避免每次全量快照的开销。

Redis 4.0中提出了一个混合使用AOF日志和内存快照的方法。简单来说，内存快照以一定的频率执行，在两次快照之间，使用AOF日志记录这期间的所有命令操作。

这样一来，快照不用很频繁地执行，这就避免了频繁fork对主线程的影响。而且，AOF日志也只用记录两次快照间的操作，也就是说，不需要记录所有操作了，因此，就不会出现文件过大的情况了，也可以避免重写开销。

如下图所示，T1和T2时刻的修改，用AOF日志记录，等到第二次做全量快照时，就可以清空AOF日志，因为此时的修改都已经记录到快照中了，恢复时就不再用日志了。

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这个方法既能享受到RDB文件快速恢复的好处，又能享受到AOF只记录操作命令的简单优势，颇有点“鱼和熊掌可以兼得”的感觉，建议你在实践中用起来。

12-有一亿个keys要统计，应该用哪种集合？

• 如果你只需要存储简单的键值对，或者是对数字进行递增递减操作，就可以使用String存储；
• 如果需要一个简单的分布式队列服务，List就可以满足你的需求；
• 如果除了需要存储键值数据，还想单独对某个字段进行操作，使用Hash就非常方便；
• 如果想得到一个不重复的集合，就可以使用Set，而且它还可以做并集、差集和交集运算；
• 如果想实现一个带权重的评论、排行榜列表，那么，Sorted Set就能满足你。