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）。

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。
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。
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。
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。
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。

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| 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）

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| 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。

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| 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。