redis数据结构，持久化机制，过期策略详细解析

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问题1：为啥Redis那么快撒？

先总体概括一下：Redis是基于内存的单进程单线程模型的K-V数据库，官方提供的数据可以达到10万qps；
1） 完全基于内存，绝大部分的操作都是基于内存的，非常快速
2）数据结构简单，对数据的操作也简单
3） 采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件
4）使用多路IO复用模型，非阻塞IO.

问题2：为啥要用redis？

因为传统的关系型数据库已经不能满足业务需求，
比如说我们的一些汇率信息，词汇字段信息，这些都是
不会经常发生改变的，如果还是频繁的从数据库中获取
会给数据库造成压力，因此为了提高系统性能，引入了
缓存中间件，目前市面上比较常用的缓存中间件有Redis和Memcached
不过中和考虑了他们的优缺点，最后选择了Redis。

问题3：Redis有哪些数据结构呀？

常用的有五种String、Hash、List、Set、SortedSet
场景
string ：缓存功能，计数器，共享用户session
list：分页展示，消息队列(左进右出 数据的生产者可以通过Lpush命令从左边插入数据，多个数据消费者，可以使用BRpop命令阻塞的“抢”列表尾部的数据
hash：一般都是存对象，简单对象格式
set：保障去重，
可以用来取交集，并集（比如共同好友）
sorted set 去重但可以排序，写进去的时候给一个分数，自动根据分数排序，可以用来做排行榜

还有HyperLogLog、Geo、Pub/Sub。
还玩过Redis Module，像BloomFilter，RedisSearch，Redis-ML

问题4：redis的pub/sub有什么缺点？

如果消费者下线的话，生产的消息会丢失，得用专业的消息队列，如rocketmq才能保障消息不丢失

问题5：Redis如何实现延时队列？

通过sortedset结构，以时间戳作为score，消息内容作为key，调用zdd来生产消息，消费者通过zrangbyscore获取N秒之前的数据轮询处理

问题5：redis的持久化？

5.1 有两种持久化机制

RDB持久化机制：是对redis中的数据执行周期性的持久化
AOF持久化机制：是对每条写入命令作为日志，以append-only的模式写入一个日志文件因为这个模式是只追加，没有任何寻址的开销，所以很快，类似于mysql中的binlog
这两种方式都可以实现redis的持久化，RDB适合做冷备，aof适合做热备
两种机制都开启的时候，redis再重启的时候默认会通过aof去重新构建数据，因为aof的数据相比于rdb更为完整。

5.2 那这两种机制各自优缺点是啥？

RDB
优点：因为RDB这种机制会生成多个文件，每个文件都代表着某一时刻redis里面的数据快照，所以说这种方式很适合做冷备份，完整的数据运维设置定时任务，然后定时同步到远端服务器，这样一来，一旦线上系统挂了，直接去远端拷贝一份之前的数据就可以了；同时他在同步数据的时候只是fork了一个子进程去做持久化，而且他在数据恢复的时候速度比aof来的更快
缺点：RDB都是快照文件，都是默认五分钟甚至更长时间才会生成一次，这就意味着可能会丢失5分钟的数据，而aof最多丢失1s的数据

AOF
优点：aof可以更好的保障数据不丢失，一般是每隔1s执行一次fsync操作，所以最多也就丢失1s的数据
缺点：做数据恢复的时候会比较慢；做冷备份和定期备份不太方便，可能需要通过手写脚本

5.3 两种持久化机制如何选择？

其实是可以综合使用RDB和AOF的，用aof来保障数据不丢失
做为数据恢复的第一选择，用RDB做不同程度的冷备份，在
aof文件都丢失或者是不可用的时候，在通过RDB进行快速的
数据恢复

问题6： Redis还有其他保证集群高可用的方式么？

哨兵集群sentinel：

哨兵集群模式必须要用3个实例才能保障自己的健壮性，哨兵+主从并不能保障数据不丢失但是可以保障集群的高可用性

为什么2个节点的哨兵集群架构不能正常工作？
由于两个参数， quorum和marority；
majority表示允许机器故障转移的个数，2的majority是2，表示要有两个节点才能进行故障转移，但是显然这不能满足。

所以正确的哨兵集群架构至少要有3节点

哨兵的作用：
集群监控，故障转移，
消息通知（如果某个redis实例有故障，哨兵负责发送消息作为报警通知给管理员）

问题7：redis cluster这种主从同步的原理是啥？

1）启动一台slave的时候，其实会发送psync命令给master，
2）如果这是slave第一次连接master，其实会触发一次全量复制
3）master就会启动一个线程，并生成rdb快照文件
4）同时master会把新的写请求都缓存在内存当中
5）rdb文件生成之后，master就会把这个rdb文件发给slave，slave拿到之后
第一件事就是先写到本地磁盘，然后加载进内存
6）之后master会把内存中缓存的写命令也发送给slave

问题8：redis 的内存淘汰机制是啥？

8.1 redis的过期策略：过期删除+惰性删除

定期删除：
默认100ms就随机抽一些设置了过期时间的key，去检查是否过期，过期了就删了

惰性删除：
定期删除存在一个问题，就是我有的key到了过期时间，但是没有被
检查到，而惰性删除就是针对于这种无效key，它是说我真正在查询
的时候就会去检查这个key过期了没有，如果它已经过期了就直接给
删除掉不给返回，没过期就爱咋咋地。

最后就是如果的如果，定期没删，我也没查询，那可咋整？–走内存淘汰机制

8.1 redis的内存淘汰机制！

常用的就是：
volatile-lru: 尝试回收最少使用的键
volatile-random: 回收随机的键使得新添加的数据有空间存放，但仅限于在过期集合的键。
volatile-ttl: 回收在过期集合的键，并且优先回收存活时间（TTL）较短的键,使得新添加的数据有空间存放

问题9: 手写一下LRU代码？

/**
 * LRU代码
 * @author hm
 */
public class LruCache<K,V> extends LinkedHashMap<K,V> {

    //定义缓存池数量
    private final   int cache_size;

    public LruCache(int size){
        //true表示最近访问的放在头部，最老访问的放在尾部
        super((int)Math.ceil(size/0.75)+1,0.75F,true);
        this.cache_size=size;
    }

    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {
        //当map中的数据量大于指定缓存个数的时候
        return size()>cache_size;
    }
    
}

备注：这里给大家推荐一些redis学习入门的书籍和我参考的资料
《Redis中文官网》
《Redis实战》
《Redis深度探险—钱文品》
《Redis设计与实现—黄健宏》
公众号：三太子敖丙，中华石杉-石杉