Redis相关知识点

1.什么是Redis

Redis (REmote DIctionary Server) 是用 C 语言开发的一个开源的高性能键值对（key-value）数据库，它支持网络，可基于内存亦可持久化，并提供多种语言的API。Redis具有高效性、原子性、支持多种数据结构、持久化、高并发读写等特点。

特征：

1.数据间没有必然的关联关系

2.内部采用单线程机制进行工作

3.高性能，官方提供测试数据，50个并发执行100000 个请求,读的速度是110000 次/s,写的速度是 81000次/s。

4.多数据类型支持

5.持久化支持。可以进行数据灾难恢复

2.Redis数据类型

Redis支持五种数据类型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合）及zset（sorted_set：有序集合）。

1. String（字符串）：这是Redis最基本的数据类型，一个key对应一个value，并且是二进制安全的，可以包含任何数据，例如jpg图片或者序列化的对象。
2. Hash（哈希）：哈希是一个键值（key=>value）对集合，是string类型的field和value的映射表，适合用于存储对象，比将每个字段都存储为string更节省内存。
3. List（列表）：列表是一个简单的字符串列表，按照插入顺序进行排序，可以添加一个元素到列表的头部或者尾部。
4. Set（集合）：Set是一个无序的字符串集合，其元素是唯一的，但本身不保证顺序。
5. Zset（sorted_set：有序集合）：Zset是有序的字符串集合，其元素是唯一的，但元素会根据提供的分数进行排序。每个元素都会关联一个double类型的分数，通过分数来为集合中的元素进行从小到大的排序。

3.什么是乐观锁和悲观锁

悲观锁(Pessimistic Lock),顾名思义，就是很悲观，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每 次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里 边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。

乐观锁(Optimistic Lock) 顾名思义，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。 乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量。Redis就是利用这种check-and-set(CAS)机制实现事务的

4.Redis的持久化机制有哪些？

持久化的方案有两种，分别是RDB和AOF，根据不同的场景，可以选择只使用其中一个或者一起使用。

RDB是通过保存快照的方式来对数据进行持久化处理，所保存的数据的本身，默认使用的是bgsave来保存快照数据。

RDB的优缺点：

        优点：

• 基于二进制文件完成数据备份，占用空间少，便于文件传输
• 能够自定义规则，根据Redis繁忙状态进行数据备份

        缺点：

• 无法保证数据完整性，会丢失最后一次快照后的所有数据
• bgsave执行每次执行都会阻塞Redis服务进程创建子线程，频繁执行影响系统吞吐量

RDB方式会出现数据丢失的问题，对于这个问题，可以通过Redis中另一个持久化方式解决：AOF

当AOF持久化开启后，Redis会将客户端发送的所有更改数据的命令保存至磁盘中，通过读取AOF文件，按照顺序获取所记录的数据命令，来达到恢复数据的效果。

AOF写数据三种策略(appendfsync)

• always(每次）：每次写入操作均同步到AOF文件中，该方式效率最高，数据零误差，安全性最高，但是十分浪费资源。
• everysec（每秒）：每秒将缓冲区中的指令同步到AOF文件中，并且每隔一秒同步到磁盘当中一次，数据准确性较高，性能较高 在系统突然宕机的情况下丢失1秒内的数据。
• no（系统控制）：由操作系统控制每次同步到AOF文件的周期，将同步操作交给系统来做，整体过程不可控，改方式最快，但是最不安全。

持久化方式	RDB	AOF
占用存储空间	小（数据级：压缩）	大（指令级：重写）
存储速度	慢	快
恢复速度	快	慢
数据安全性	会丢失数据	依据策略决定
资源消耗	高/重量级	低/轻量级
启动优先级	低	高

将当前数据状态进行保存，快照形式，存储数据结果，存储格式简单，关注点在数据 （RDB）;

将数据的操作过程进行保存,日志形式，存储操作过程，关注点在数据的操作过程（AOF）;

RDB默认开启的，AOF需要手动开启 ；

RDB存储某个时刻的数据快照，AOF存储写命令；

RDB在配置触发状态会丢失最后一次快照以后更改所有的数据，AOF默认使用everysec，每秒保存一次；

5.Redis 删除策略

定时删除

• 创建一个定时器，当key设置有过期时间，且过期时间到达时，由定时器任务立即执行对键的删除 操作
• 优点：节约内存，到时就删除，快速释放掉不必要的内存占用
• 缺点：CPU压力很大，无论CPU此时负载量多高，均占用CPU，会影响redis服务器响应时间和指 令吞吐量
• 总结：用处理器性能换取存储空间（拿时间换空间）

惰性删除

• 数据到达过期时间，不做处理。等下次访问该数据时 如果未过期，返回数据 发现已过期，删除，返回不存在
• 优点：节约CPU性能，发现必须删除的时候才删除
• 缺点：内存压力很大，出现长期占用内存的数据
• 总结：用存储空间换取处理器性能（拿空间换时间）

定期删除

• 定期删除是对定时删除和惰性删除做了平衡，redis默认每秒运行10次对具有过期时间的key进行次扫描，但是不会扫描全部的key，因为这样会大大延长扫描时间，每次默认只会扫描20个key，同时删除这20个key中已经过期的key，如果这20个key中过期key的比例超过25%，则继续扫描
• 周期性轮询redis库中的时效性数据，采用随机抽取的策略，利用过期数据占比的方式控制删 除频度
• 优点1：CPU性能占用设置有峰值，检测频度可自定义设置 
• 优点2：内存压力不是很大，长期占用内存的冷数据会被持续清理
• 总结：周期性抽查存储空间 （随机抽查，重点抽查）

  定时删除	节约内存，无占用	不分时段占用CPU资源，频度高	拿时间换空间
  惰性删除	内存占用严重	延时执行，CPU利用率高	拿空间换时间
  定期删除	内存定期随机清理	每秒花费固定的CPU资源维护内存	随机抽查，重点抽查

 6.Redis缓存淘汰策略

Redis的内存参数配置，在64位操作系统中，如果未设置或设置0，代表无限制，而在32位系统中，默认内存大小为3GB。但是在实际生产环境下，一般会设置物理内存的四分之三左右。当客户端执行命令添加数据时Redis会检查内存空间大小，如果超过最大内存，则会触发内存淘汰策略。淘汰策略分为以下三种八类:
1.对设置了过期时间数据淘汰:

• 设置了过期时间，且最近最久没有使用的数据进行淘汰
• 设置了过期时间，且最近最少没有使用的数据进行淘汰
• 设置了过期时间，且即将过期的数据进行淘汰
• 设置了过期时间的数据进行随机淘汰

2.对所有数据淘汰:

• 从所有数据中，删除最近最久没有被使用的数据进行淘汰
• 从所有数据中，删除最近最少没有被使用的数据进行淘汰
• 从所有的数据中，随机删除

3.不淘汰: (默认)

• 当内存空间不足时，直接返回错误信息

7.什么是缓存雪崩

缓存雪崩的情况往往是由两种情况产生：

• 情况1：由于大量key设置了相同的过期时间（数据在缓存和数据库都存在），一旦达到过期时间点，这些key集体失效，造成访问这些key的请求全部进入数据库
• 情况2：Redis实例宕机，大量请求进入数据库

解决方案：

• 情况1的解决方案
  • 错开过期时间：在过期时间上加上随机值
  • 服务降级：暂停非核心数据查询缓存，返回预定义信息
• 情况2的解决方案
  • 事前预防：搭建高可用集群
  • 构建多级缓存（实现成本较高）
  • 熔断：通过监控一旦雪崩出现，暂停缓存访问待实例恢复，返回预定义信息
  • 限流：通过监控一旦发现数据库访问量过阈值，限制访问数据库的请求数

8.什么是缓存击穿

缓存击穿问题也叫热点Key问题，就是一个被高并发访问并且缓存重建业务较复杂的key突然失效了，无数的请求访问会在瞬间给数据库带来巨大的冲击。

常见的解决方案有两种：

• 使用互斥锁：当一个线程查询缓存未命中后，使用锁来阻塞其他线程对数据库的访问，直到锁被释放。这样可以避免同时有多个线程去查询数据库，从而降低数据库的访问压力。
• 逻辑过期：对于一些查询频率较高的数据，可以设置一个逻辑过期时间，当缓存过期后，先查询数据库，然后再将查询到的数据设置回缓存。这样可以保证在一段时间内只有一个线程去查询数据库，其他线程仍然可以从缓存中获取数据。

  解决方案	优点	缺点
  互斥锁	没有额外的内存消耗 保证一致性 实现简单	线程需要等待，性能受影响 可能有死锁风险
  逻辑过期	线程无需等待，性能较好	不保证一致性 有额外内存消耗 实现复杂

9.什么是缓存穿透

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，这样缓存永远不会生效，这些请求都会打到数据库。

常见的解决方案有两种：

• 缓存空对象
  • 优点：实现简单，维护方便
  • 缺点： 额外的内存消耗，可能造成短期的不一致
• 布隆过滤
  • 优点：内存占用较少，没有多余key
  • 缺点： 实现复杂，存在误判可能

10.Redis为什么被设计成单线程

1. 实现简单：单线程模型简化了Redis的代码实现，降低了维护成本，也减少了潜在的复杂性。
2. 避免多线程的上下文切换和竞争条件：单线程避免了不必要的上下文切换和竞争条件，避免了CPU资源的浪费。同时，由于Redis是基于内存的操作，CPU不是Redis的瓶颈，因此单线程不会成为性能瓶颈。
3. 避免死锁：在单线程情况下，不需要考虑各种锁的问题，不存在加锁、释放锁操作，也没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗。
4. 避免多进程导致的切换和消耗：采用单线程、多进程的集群方案可以避免多进程导致的切换和消耗，提高效率。
5. 异步非阻塞IO：Redis使用非阻塞IO，即多路复用IO，一个线程可以服务多个IO流。传统的网络IO是阻塞式的，服务器线程会一直在监听数据传输的管道，一直阻塞在那里，直到有客户端发送数据。非阻塞IO可以提高Redis的吞吐量。

11.Redis为什么那么快

1. 内存存储：Redis将所有数据存储在内存中，这使得它能够快速地读写数据。与传统的磁盘存储相比，内存存储的访问速度更快。
2. 单线程架构：Redis是单线程的，Redis不需要进行上下文切换，也不需要考虑线程同步和枷锁等问题，从而避免了这些常见的多线程问题所带来的开销。
3. 异步非阻塞I/O：Redis使用了事件驱动机制，并采用了异步非阻塞I/O模型，这使得Redis能够处理大量的并发连接请求，提高了系统的吞吐量。
4. 基于内存的操作：Redis的所有操作都是基于内存的，这使得Redis能够在微秒级别完成大部分操作，从而提高了系统的响应速度

12.MySQL和Redis的区别

1. 数据结构：MySQL是关系型数据库，支持表和行等结构化数据类型，而Redis是键值对存储系统，支持字符串、哈希、列表、集合、有序集合等非结构化数据类型。
2. 数据存储方式：MySQL将数据存储在硬盘上，而Redis将数据存储在内存中。
3. 数据查询：MySQL支持复杂的查询操作，可以使用SQL语言进行查询，而Redis只支持简单的键值对操作，不支持复杂的查询操作。
4. 数据持久化：MySQL可以通过日志和备份文件来持久化数据，而Redis可以通过配置持久化策略来持久化数据。

使用MySQL的情况：

• 需要处理结构化数据，如表格和行。
• 需要进行复杂的查询操作，如联接、子查询等。
• 数据量较大，但不需要将所有数据都存储在内存中。
• 需要持久化数据，以确保数据不会因为系统故障而丢失。

使用Redis的情况：

• 需要处理非结构化数据，如字符串、哈希、列表、集合、有序集合等。
• 需要将所有数据都存储在内存中，以提高数据访问速度。
• 不需要进行复杂的查询操作，只需要进行简单的键值对操作。
• 不需要持久化数据，因为数据可以存储在内存中，即使系统故障也不会丢失。