Java面试汇总——redis篇

1、什么是缓存穿透 ? 怎么解决 ?

        缓存穿透是指客户端请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，这样缓存就形同虚设（只有数据库查到了，才会让redis缓存，但现在的问题是查不到），会频繁的去访问数据库。

       解决方案：

• 缓存空对象：如果该数据在缓存和数据库中都不存在，就缓存一个空值到redis中，并且超时时间设置得短一点，如2分钟，以防占用太多redis空间。
• 布隆过滤：布隆过滤器是处于redis之前的一段过滤器，底层是根据哈希来实现的，客户端的所有请求都会通过该过滤器进行过滤，由于哈希的性质，若该过滤器都查不到数据，则直接返回错误信息；若查到了则放行，但也不一定存在该数据(存在哈希冲突)。

2、什么是缓存击穿? 怎么解决 ?

        缓存击穿也叫热点Key问题，一个热点的Key，有大并发集中对其进行访问，突然间这个Key失效了，导致大并发全部打在数据库上，导致数据库压力剧增。

        解决方案：

• 互斥锁：只有拿到锁才可以查询数据库，降低了在同一时刻打在数据库上的请求。
  • 优点：强一致性。
  • 缺点：性能差。
• 逻辑过期：①在缓存中多设置一个逻辑过期字段，而不真正设置过期时间。②查询时，通过过期字段来判断当前key是否过期。③若过期，则另外开一个线程去数据库查询并同步缓存数据，当前线程则返回旧数据。
  • 优点：性能高，具有高可用性。
  • 缺点：无法保证数据绝对一致。

3、什么是缓存雪崩? 怎么解决 ?

        缓存雪崩是指在同一时间段，大量缓存的key同时失效，或者Redis服务宕机，导致大量请求到达数据库。

       解决方案：

• 给不同的Key的TTL添加随机值，让其在不同时间段分批失效。
• 利用Redis集群提高服务的可用性。（哨兵模式，集群模式）
• 给缓存业务添加降级限流策略。（保底策略）
• 给业务添加多级缓存。（可以理解为穿了好几件防弹衣）。

4、redis做为缓存，mysql的数据如何与redis进行同步呢？

        业务中有优惠券秒杀功能，要求实时性比较高，因此采用读写锁保证redis和mysql的强一致性。 主要采用redisson实现的读写锁，读的时候添加共享锁（读锁），保证读读不互斥，读写互斥；更新数据的时候添加排他锁（写锁），读读、读写都互斥。 这样可以防止写数据的时候其他线程读数据，避免了脏数据。

排他锁是如何保证读写、读读互斥的呢？

        排他锁底层使用的是setnx，保证了同时只能有一个线程操作锁住的方法。

延时双删

        延时双删也是分布式系统中保持redis和mysql一致性的常用策略，但不具有强一致性。

• 延时双删：当前为写操作时，先删除redis中的缓存，再更新数据库，短暂延时之后再次删除redis中的缓存。
  • 为什么要两次删除redis缓存？
    • ​​​​​​防止​数据库还没更新完，有别的线程读取了数据库的脏数据，并更新redis缓存。
  • 为什么要延时删除？
    • 数据库一般是主从模式，需要给主节点一些时间同步数据到从节点中。

5、redis做为缓存，数据的持久化是怎么做的？

        Redis是内存数据库，宕机后数据会消失，需要提供持久化策略。在Redis中提供了两种数据持久化的方式：RDB 和 AOF。

• RDB（Redis DataBase）：是一个快照文件，它把redis内存存储的数据写到磁盘上，当
  redis 宕机恢复数据的时候，方便从 RDB 的快照文件中恢复数据。
  • 优点：RDB是二进制压缩文件，占用空间小，便于传输，恢复数据速度较快。
  • 缺点：不能保证数据的完整性，两次备份之间会有数据丢失。
  • 创建RDB文件的两个命令：
    • SAVE：会阻塞Redis服务器进程，直到RDB文件创建完毕为止。
    • BGSAVE：会派生出一个子进程负责创建RDB文件，父进程继续处理命令请求。
• AOF（append only file）：当redis操作写命令的时候，都会存储这个文件中，当redis实例宕机恢复数据的时候，会从这个文件中再次执行一遍命令来恢复数据。（AOF会记录过程，RDB只管结果）
  • 优点：文件较大，恢复速度较慢。
  • 缺点：数据的完整性较高。

6、Redis的数据过期策略有哪些 ?

        Redis的过期删除策略：惰性删除 + 定期删除两种策略进行配合使用。

• 惰性删除：设置该key过期时间后，不去管它，当需要该key时，再检查其是否过期，如果过期，我们就删掉它，反之返回该key。
  • 优点：对CPU友好，只在使用该key时才进行过期检查，对于很多用不到的key不用浪费时间进行过期检查。
  • 缺点：对内存不友好，过期的key将一直存在于内存中不会释放。
• 定期删除：每隔一段时间，我们就对一些key进行检查，删除里面过期的key。
  • 优点：可以通过限制删除操作执行的时长来减少对 CPU性能的影响。
  • 缺点：这个操作时长难以把控。

7、redis的数据淘汰策略

Redis支持8种不同策略来选择要删除的key：

• noeviction： 不淘汰任何key，但是内存满时不允许写入新数据，默认就是这种策略。
• volatile-ttl： 对设置了TTL的key，比较key的剩余TTL值，TTL越小越先被淘汰。
• allkeys-random：对全体key ，随机进行淘汰。
• volatile-random：对设置了TTL的key ，随机进行淘汰。
• allkeys-lru： 对全体key，基于LRU算法进行淘汰。
• volatile-lru： 对设置了TTL的key，基于LRU算法进行淘汰。
• allkeys-lfu： 对全体key，基于LFU算法进行淘汰。
• volatile-lfu： 对设置了TTL的key，基于LFU算法进行淘汰。

LRU和LFU两种策略：

• LRU（Least Recently Used）：最近最少使用。用当前时间减去最后一次访问时间，这个值越大则淘汰优先级越高。
• LFU（Least Frequently Used）：最少频率使用。会统计每个key的访问频率，值越小淘汰优先级越高。

数据库有1000万数据 ,Redis只能缓存20w数据, 如何保证Redis中数据都是热点数据 ? 

        使用allkeys-lru(最近最少使用)淘汰策略，留下来的都是经常访问的热点数据。

Redis的内存用完了会发生什么？

        看数据淘汰策略是什么，如果是默认的配置（ noeviction ），会直接报错。

8、Redis分布式锁的实现

        项目中的优惠券秒杀抢单功能存在超卖问题，可以使用Synchronized锁解决。但如果是在集群模式下， 多台服务器会对应多个jvm， synchronized锁可以锁住单台服务器的多线程，多台服务器就锁不住了，此时需要有一个多服务器共享的锁监视器，即分布式锁。

        Redis实现分布式锁主要利用Redis的setnx命令(SET if not exists) ，该命令需要设置锁的过期时间，以防止服务宕机从而导致锁永远无法释放的问题。这个过期时间设置长了会影响性能，设置短了又可能会提前释放锁导致线程安全问题，这就需要合理的控制锁的有效时长。

Redisson实现分布式锁如何合理的控制锁的有效时长？

        于是我们使用采用redisson实现的分布式锁，底层是setnx和lua脚本（保证原子性）。在redisson的分布式锁中，提供了一个WatchDog(看门狗）机制：一个线程获取锁成功以后，会定期给锁续期（默认每10s续期一次）。

Redisson的这个锁，可以重入吗？

        可重入，这样做是为了避免死锁的产生。多个锁重入需要判断是否是同一线程，在redis中进行存储的时候使用的hash结构，来存储线程信息和重入的次数：大key可以按照自己的业务进行定制，其中小key是当前线程的唯一标识，value是当前线程重入的次数。

Redisson锁能解决主从数据一致的问题吗？

        不能解决，但可以使用redisson提供的红锁来解决，但是使用红锁性能太低了，如果业务中非要保证数据的强一致性，建议采用zookeeper实现的分布式锁。

9、Redis的集群方案

        Redis中提供的集群方案总共有三种：主从复制、哨兵模式、Redis 分片集群。

主从复制

        单节点Redis的并发能力是有上限的，要进一步提高Redis的并发能力，可以搭建主从集群，实现读写分离。一般都是一主多从，主节点负责写数据，从节点负责读数据，主节点写入数据之后，需要把数据同步到从节点中。

主从同步数据的流程：分为全量同步和增量同步。

        

• 全量同步：从节点第一次与主节点建立连接的时候使用全量同步。

  • 从节点请求主节点同步数据，从节点会携带自己的replication id和offset偏移量。

  • 主节点判断是否是第一次请求，主要判断依据就是，主节点与从节点是否是同一个replication id，如果不是，就说明是第一次同步，那主节点就会把自己replication id和offset发送给从节点，让从节点与主节点的信息保持一致。 

  • 在同时主节点会执行bgsave生成rdb文件，发送给从节点去执行，从节点先把自己的数据清空，然后执行主节点发送过来的rdb文件，这样就保持了一致。

• 增量同步：

  • 从节点请求主节点同步数据，主节点还是判断是不是第一次请求，不是第一次就获取从节点的offset值，然后主节点从命令日志中获取offset值之后的数据，发送给从节点进行数据同步。

10、怎么保证Redis的高并发高可用？

        首先可以搭建主从集群(解决高并发)，再加上使用redis中的哨兵模式(解决高可用)，哨兵模式可以实现主从集群的自动故障恢复，里面就包含了对主从服务的监控、自动故障恢复、通知；

        如果master故障，Sentinel会将一个slave提升为master。 当故障实例恢复后也以新的master为主；同时Sentinel也充当Redis客户端的服务发现来源，当集群发生故障转移时，会将最新信息推送给Redis的客户端，所以一般项目都会采用哨兵的模式来保证redis的高并发高可用。

11、redis的分片集群

        主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然有两个问题没有解决： 海量数据存储问题 和 高并发写的问题。

分片集群的作用：

• 集群中有多个master，每个master保存不同数据。（解决海量数据存储和高并发写的问题）
• 每个master都可以有多个slave节点。(解决高并发读的问题)
• master之间通过ping监测彼此健康状态。
• 客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到正确节点。(路由)

Redis分片集群中数据是怎么存储和读取的？

• Redis 分片集群引入了哈希槽的概念，Redis 集群有 16384 个哈希槽。
• 将16384个插槽分配到不同的master节点。
• 读写数据：根据key的有效部分计算哈希值，对16384取余。（有效部分，如果key前面有大括号，大括号的内容就是有效部分，如果没有，则以key本身做为有效部分）余数做为插槽，寻找插槽所在的节点。

12、Redis是单线程的，但是为什么还那么快？

• Redis是基于C语言编写，是基于内存操作，执行速度非常快。
• 采用单线程，避免不必要的上下文切换，多线程还需要考虑线程安全问题。
• 使用了I/O多路复用模型，非阻塞IO。

13、I/O多路复用模型

        Redis是纯内存操作，执行速度非常快，它的性能瓶颈是网络延迟而不是执行速度， I/O多路复用模型主要就是实现了高效的网络请求。 

• 阻塞IO：用户区进程在“内核区准备数据”和“拷贝数据”两个阶段都处于阻塞状态。
• 非阻塞IO：第一个阶段是非阻塞，第二阶段阻塞。虽然是非阻塞，但都是忙等，没有提高性能，还会使CPU空转，使用率暴涨。
• IO多路复用：是利用单个线程来同时监听多个Socket ，并在某个Socket可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待，充分利用CPU资源。
  • 监听Socket的方式：
    • select、poll：只会通知用户进程有Socket就绪，但不确定具体是哪个Socket ，需要用户进程逐个遍历Socket来确认。
    • epoll：在通知用户进程Socket就绪的同时，把已就绪的Socket写入用户空间。

redis使用I/O多路复用结合事件的处理器来应对多个Socket请求，

• 连接应答处理器
• 命令回复处理器，在Redis6.0之后，为了提升更好的性能，使用了多线程来处理回复事件
• 命令请求处理器，在Redis6.0之后，将命令的转换使用了多线程，增加命令转换速度，在命令执行的时候，依然是单线程

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