Redis面试题(2)

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Redis基础

1.说说什么是Redis?

Redis面试题(2)

Redis是一种基于键值对(key-value)的NoSQL数据库。

比一般键值对数据库强大的地方,Redis中的value支持string(字符串)、hash(哈希)、 list(列表)、set(集合)、zset(有序集合)、Bitmaps(位图)、 HyperLogLog、GEO(地理信息定位)等多种数据结构,因此 Redis可以满足很多的应用场景。

而且因为Redis会将所有数据都存放在内存中,所以它的读写性能非常出色。

不仅如此,Redis还可以将内存的数据利用快照和日志的形式保存到硬盘上,这样在发生类似断电或者机器故障的时候,内存中的数据不会“丢失”。

除了上述功能以外,Redis还提供了键过期、发布订阅、事务、流水线、Lua脚本等附加功能。

总之,Redis是一款强大的性能利器。

2.Redis可以用来干什么?

Redis面试题(2)Redis

  1. 缓存

    这是Redis应用最广泛地方,基本所有的Web应用都会使用Redis作为缓存,来降低数据源压力,提高响应速度。Redis面试题(2)

  2. 计数器 Redis天然支持计数功能,而且计数性能非常好,可以用来记录浏览量、点赞量等等。

  3. 排行榜 Redis提供了列表和有序集合数据结构,合理地使用这些数据结构可以很方便地构建各种排行榜系统。

  4. 社交网络 赞/踩、粉丝、共同好友/喜好、推送、下拉刷新。

  5. 消息队列 Redis提供了发布订阅功能和阻塞队列的功能,可以满足一般消息队列功能。

  6. 分布式锁 分布式环境下,利用Redis实现分布式锁,也是Redis常见的应用。

Redis的应用一般会结合项目去问,以一个电商项目的用户服务为例:

  • Token存储:用户登录成功之后,使用Redis存储Token
  • 登录失败次数计数:使用Redis计数,登录失败超过一定次数,锁定账号
  • 地址缓存:对省市区数据的缓存
  • 分布式锁:分布式环境下登录、注册等操作加分布式锁
  • ……

3.Redis 有哪些数据结构?

Redis面试题(2)Redis有五种基本数据结构。

string

字符串最基础的数据结构。字符串类型的值实际可以是字符串(简单的字符串、复杂的字符串(例如JSON、XML))、数字 (整数、浮点数),甚至是二进制(图片、音频、视频),但是值最大不能超过512MB。

字符串主要有以下几个典型使用场景:

  • 缓存功能
  • 计数
  • 共享Session
  • 限速

hash

哈希类型是指键值本身又是一个键值对结构。

哈希主要有以下典型应用场景:

  • 缓存用户信息
  • 缓存对象

list

列表(list)类型是用来存储多个有序的字符串。列表是一种比较灵活的数据结构,它可以充当栈和队列的角色

列表主要有以下几种使用场景:

  • 消息队列
  • 文章列表

set

集合(set)类型也是用来保存多个的字符串元素,但和列表类型不一 样的是,集合中不允许有重复元素,并且集合中的元素是无序的。

集合主要有如下使用场景:

  • 标签(tag)
  • 共同关注

sorted set

有序集合中的元素可以排序。但是它和列表使用索引下标作为排序依据不同的是,它给每个元素设置一个权重(score)作为排序的依据。

有序集合主要应用场景:

  • 用户点赞统计
  • 用户排序

4.Redis为什么快呢?

Redis的速度⾮常的快,单机的Redis就可以⽀撑每秒十几万的并发,相对于MySQL来说,性能是MySQL的⼏⼗倍。速度快的原因主要有⼏点:

  1. 完全基于内存操作
  2. 使⽤单线程,避免了线程切换和竞态产生的消耗
  3. 基于⾮阻塞的IO多路复⽤机制
  4. C语⾔实现,优化过的数据结构,基于⼏种基础的数据结构,redis做了⼤量的优化,性能极⾼Redis面试题(2)

5.能说一下I/O多路复用吗?

引用知乎上一个高赞的回答来解释什么是I/O多路复用。假设你是一个老师,让30个学生解答一道题目,然后检查学生做的是否正确,你有下面几个选择:

  • 第一种选择:按顺序逐个检查,先检查A,然后是B,之后是C、D。。。这中间如果有一个学生卡住,全班都会被耽误。这种模式就好比,你用循环挨个处理socket,根本不具有并发能力。
  • 第二种选择:你创建30个分身,每个分身检查一个学生的答案是否正确。这种类似于为每一个用户创建一个进程或者- 线程处理连接。
  • 第三种选择,你站在讲台上等,谁解答完谁举手。这时C、D举手,表示他们解答问题完毕,你下去依次检查C、D的答案,然后继续回到讲台上等。此时E、A又举手,然后去处理E和A。

第一种就是阻塞IO模型,第三种就是I/O复用模型。

Redis面试题(2)多路复用模型

Linux系统有三种方式实现IO多路复用:select、poll和epoll。

例如epoll方式是将用户socket对应的fd注册进epoll,然后epoll帮你监听哪些socket上有消息到达,这样就避免了大量的无用操作。此时的socket应该采用非阻塞模式。

这样,整个过程只在进行select、poll、epoll这些调用的时候才会阻塞,收发客户消息是不会阻塞的,整个进程或者线程就被充分利用起来,这就是事件驱动,所谓的reactor模式。

6. Redis为什么早期选择单线程?

官方解释:https://redis.io/topics/faq

Redis面试题(2)官方FAQ表示,因为Redis是基于内存的操作,CPU成为Redis的瓶颈的情况很少见,Redis的瓶颈最有可能是内存的大小或者网络限制。

如果想要最大程度利用CPU,可以在一台机器上启动多个Redis实例。

PS:网上有这样的回答,吐槽官方的解释有些敷衍,其实就是历史原因,开发者嫌多线程麻烦,后来这个CPU的利用问题就被抛给了使用者。

同时FAQ里还提到了, Redis 4.0 之后开始变成多线程,除了主线程外,它也有后台线程在处理一些较为缓慢的操作,例如清理脏数据、无用连接的释放、大 Key 的删除等等。

7.Redis6.0使用多线程是怎么回事?

Redis不是说用单线程的吗?怎么6.0成了多线程的?

Redis6.0的多线程是用多线程来处理数据的读写和协议解析,但是Redis执行命令还是单线程的。

Redis面试题(2)这样做的⽬的是因为Redis的性能瓶颈在于⽹络IO⽽⾮CPU,使⽤多线程能提升IO读写的效率,从⽽整体提⾼Redis的性能。

Redis持久化

8.Redis持久化⽅式有哪些?有什么区别?

Redis持久化⽅案分为RDB和AOF两种。Redis面试题(2)

RDB

RDB持久化是把当前进程数据生成快照保存到硬盘的过程,触发RDB持久化过程分为手动触发和自动触发。

RDB⽂件是⼀个压缩的⼆进制⽂件,通过它可以还原某个时刻数据库的状态。由于RDB⽂件是保存在硬盘上的,所以即使Redis崩溃或者退出,只要RDB⽂件存在,就可以⽤它来恢复还原数据库的状态。

手动触发分别对应save和bgsave命令:Redis面试题(2)

  • save命令:阻塞当前Redis服务器,直到RDB过程完成为止,对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞,线上环境不建议使用。
  • bgsave命令:Redis进程执行fork操作创建子进程,RDB持久化过程由子进程负责,完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段,一般时间很短。

以下场景会自动触发RDB持久化:

  • 使用save相关配置,如“save m n”。表示m秒内数据集存在n次修改时,自动触发bgsave。
  • 如果从节点执行全量复制操作,主节点自动执行bgsave生成RDB文件并发送给从节点
  • 执行debug reload命令重新加载Redis时,也会自动触发save操作
  • 默认情况下执行shutdown命令时,如果没有开启AOF持久化功能则自动执行bgsave。

AOF

AOF(append only file)持久化:以独立日志的方式记录每次写命令, 重启时再重新执行AOF文件中的命令达到恢复数据的目的。AOF的主要作用是解决了数据持久化的实时性,目前已经是Redis持久化的主流方式。

AOF的工作流程操作:命令写入 (append)、文件同步(sync)、文件重写(rewrite)、重启加载 (load)Redis面试题(2)流程如下:

1)所有的写入命令会追加到aof_buf(缓冲区)中。

2)AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作。

3)随着AOF文件越来越大,需要定期对AOF文件进行重写,达到压缩 的目的。

4)当Redis服务器重启时,可以加载AOF文件进行数据恢复。

9.RDB 和 AOF 各自有什么优缺点?

RDB | 优点

  1. 只有一个紧凑的二进制文件 dump.rdb,非常适合备份、全量复制的场景。
  2. 容灾性好,可以把RDB文件拷贝道远程机器或者文件系统张,用于容灾恢复。
  3. 恢复速度快,RDB恢复数据的速度远远快于AOF的方式

RDB | 缺点

  1. 实时性低,RDB 是间隔一段时间进行持久化,没法做到实时持久化/秒级持久化。如果在这一间隔事件发生故障,数据会丢失。
  2. 存在兼容问题,Redis演进过程存在多个格式的RDB版本,存在老版本Redis无法兼容新版本RDB的问题。

AOF | 优点

  1. 实时性好,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。
  2. 通过 append 模式写文件,即使中途服务器宕机,可以通过 redis-check-aof 工具解决数据一致性问题。

AOF | 缺点

  1. AOF 文件比 RDB 文件大,且 恢复速度慢
  2. 数据集大 的时候,比 RDB 启动效率低

10.RDB和AOF如何选择?

  • 一般来说, 如果想达到足以媲美数据库的 数据安全性,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 可以接受数分钟以内的数据丢失,那么可以 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。
  • 如果只需要数据在服务器运行的时候存在,也可以不使用任何持久化方式。

11.Redis的数据恢复?

当Redis发生了故障,可以从RDB或者AOF中恢复数据。

恢复的过程也很简单,把RDB或者AOF文件拷贝到Redis的数据目录下,如果使用AOF恢复,配置文件开启AOF,然后启动redis-server即可。Redis面试题(2)

Redis 启动时加载数据的流程:

  1. AOF持久化开启且存在AOF文件时,优先加载AOF文件。
  2. AOF关闭或者AOF文件不存在时,加载RDB文件。
  3. 加载AOF/RDB文件成功后,Redis启动成功。
  4. AOF/RDB文件存在错误时,Redis启动失败并打印错误信息。

12.Redis 4.0 的混合持久化了解吗?

重启 Redis 时,我们很少使用 RDB 来恢复内存状态,因为会丢失大量数据。我们通常使用 AOF 日志重放,但是重放 AOF 日志性能相对 RDB 来说要慢很多,这样在 Redis 实例很大的情况下,启动需要花费很长的时间。

Redis 4.0 为了解决这个问题,带来了一个新的持久化选项——混合持久化。将 rdb 文件的内容和增量的 AOF 日志文件存在一起。这里的 AOF 日志不再是全量的日志,而是 自持久化开始到持久化结束 的这段时间发生的增量 AOF 日志,通常这部分 AOF 日志很小:Redis面试题(2)

于是在 Redis 重启的时候,可以先加载 rdb 的内容,然后再重放增量 AOF 日志就可以完全替代之前的 AOF 全量文件重放,重启效率因此大幅得到提升。

Redis高可用

Redis保证高可用主要有三种方式:主从、哨兵、集群。

13.主从复制了解吗?

Redis面试题(2)Redis主从复制简图

主从复制,是指将一台 Redis 服务器的数据,复制到其他的 Redis 服务器。前者称为 主节点(master),后者称为 从节点(slave)。且数据的复制是 单向 的,只能由主节点到从节点。Redis 主从复制支持 主从同步从从同步 两种,后者是 Redis 后续版本新增的功能,以减轻主节点的同步负担。

主从复制主要的作用?

  • 数据冗余: 主从复制实现了数据的热备份,是持久化之外的一种数据冗余方式。
  • 故障恢复: 当主节点出现问题时,可以由从节点提供服务,实现快速的故障恢复 (实际上是一种服务的冗余)
  • 负载均衡: 在主从复制的基础上,配合读写分离,可以由主节点提供写服务,由从节点提供读服务 (即写 Redis 数据时应用连接主节点,读 Redis 数据时应用连接从节点),分担服务器负载。尤其是在写少读多的场景下,通过多个从节点分担读负载,可以大大提高 Redis 服务器的并发量。
  • 高可用基石: 除了上述作用以外,主从复制还是哨兵和集群能够实施的 基础,因此说主从复制是 Redis 高可用的基础。

14.Redis主从有几种常见的拓扑结构?

Redis的复制拓扑结构可以支持单层或多层复制关系,根据拓扑复杂性可以分为以下三种:一主一从、一主多从、树状主从结构。

1.一主一从结构

一主一从结构是最简单的复制拓扑结构,用于主节点出现宕机时从节点提供故障转移支持。Redis面试题(2)2.一主多从结构

一主多从结构(又称为星形拓扑结构)使得应用端可以利用多个从节点实现读写分离(见图6-5)。对于读占比较大的场景,可以把读命令发送到从节点来分担主节点压力。Redis面试题(2)3.树状主从结构

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