Redis面试复盘：从连接到扩容与数据定位的极致详解（含Java RedisTemplate交互）

Redis面试复盘：从连接到扩容与数据定位的极致详解（含RedisTemplate交互及底层剖析）

最近参加了一场Redis技术面试，面试官围绕Redis的核心机制提问，从请求连接到扩容策略，再到主从模式和数据定位，问题深入且全面。之前的复盘已涵盖大部分内容，但面试官特别要求对数据定位（问题6）和扩容后读数据（问题7）的底层实现进行剖析。这次，我将进一步完善内容，聚焦底层原理，加入RedisTemplate的Java交互实现，并确保每个环节都细致入微。以下是博客风格的超详细复盘，供准备Redis面试的你参考。

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前置知识：什么是RESP协议？

在讲解连接过程前，先介绍RESP（Redis Serialization Protocol），它是Redis通信的核心协议。

• 定义 ：RESP是Redis的文本序列化协议，用于客户端与服务器交互，以\r\n分隔。
• 类型 ：
  • 简单字符串：+OK\r\n
  • 错误：-ERR message\r\n
  • 整数：:100\r\n
  • 批量字符串：$5\r\nhello\r\n
  • 数组：*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n
• 作用 ：客户端编码命令，服务器解析并返回结果，Java客户端（如RedisTemplate）自动处理。

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1. Redis从一次请求到服务器返回的连接过程（含RedisTemplate交互）

• 客户端连接 ：

  • RedisTemplate通过JedisConnectionFactory建立TCP连接。

  • 代码 ：

    import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
    import org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory;
    
    RedisTemplate<String, String> template = new StringRedisTemplate(new JedisConnectionFactory());
    template.afterPropertiesSet();
    System.out.println(template.getConnectionFactory().getConnection().ping()); // +PONG\r\n

• 发送命令 ：template.opsForValue().set("key", "value")转为*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n。

• 服务器解析与执行：单线程解析RESP，内存操作。

• 响应返回 ：+OK\r\n，template解码。

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2. Redis怎么做横向和纵向扩容，什么情况下做（含RedisTemplate适配）

• 纵向 ：升级单节点，template更新host。

• 横向 ：加节点，用Redis Cluster。

  • 代码 ：

    import org.springframework.data.redis.connection.RedisClusterConfiguration;
    
    RedisClusterConfiguration clusterConfig = new RedisClusterConfiguration();
    clusterConfig.clusterNode("node1", 6379);
    RedisTemplate<String, String> template = new StringRedisTemplate(new JedisConnectionFactory(clusterConfig));

• 场景：内存满、QPS不足。

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3. 两个Redis节点20G已满，横向还是纵向扩？子节点如何加入集群？

• 横向 ：

  • 加2节点，用redis-cli --cluster add-node new_ip:6379 existing_ip:6379。

  • 子节点通过现有节点IP获取集群元数据（Gossip协议）。

  • 代码 ：

    clusterConfig.clusterNode("new_ip", 6379);
    template.opsForValue().set("key", "value");

• redis-cli环境：任意可达节点的机器。

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4. 主从模式两个主一定有两个从吗？

• 不固定，灵活配置。

• 代码 ：

  RedisTemplate<String, String> master = new StringRedisTemplate(new JedisConnectionFactory("master", 6379));
  RedisTemplate<String, String> slave = new StringRedisTemplate(new JedisConnectionFactory("slave", 6379));
  master.opsForValue().set("key", "value");

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5. 主节点能读吗？什么情况下读？

• 可读，适用于从故障或强一致性。

• 代码 ：

  String value = master.opsForValue().get("key");

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6. 数据怎么定位到哪个节点？（底层剖析）

Redis的数据定位取决于部署模式，这里剖析Redis Cluster的底层实现，并结合RedisTemplate。

• 表面交互（RedisTemplate）：

  template.opsForValue().set("key", "value"); // 自动定位
  String value = template.opsForValue().get("key");

• 底层原理：

  • 分片机制 ：
    • Redis Cluster将数据分为16384个哈希槽（Hash Slots）。
    • 每个槽分配给一个主节点，存储在集群的槽映射表中。
  • 键到槽的计算 ：
    • 对键应用CRC16算法，取模16384。
    • 公式：slot = CRC16(key) % 16384。
    • 示例：CRC16("key")可能是12345，12345 % 16384 = 12345（若超出则取模）。
    • 哈希标签 ：{tag}key只对tag计算，确保相关键在同一槽。
  • 节点定位 ：
    • 每个节点维护槽映射表（如0-5460在node1，5461-10922在node2）。
    • 客户端发送命令时，底层（Jedis或Lettuce）查询本地缓存的映射。
  • 交互流程 ：
    1. RedisTemplate调用opsForValue().set("key", "value")。
    2. JedisConnectionFactory的RedisClusterConnection计算CRC16("key") % 16384。
    3. 检查槽映射，找到目标节点（如node1:6379）。
    4. 发送*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n。
  • 重定向 ：
    • 若槽不在当前节点，服务器返回-MOVED slot ip:port。
    • 示例：-MOVED 12345 192.168.1.2:6379。
    • RedisTemplate更新映射，重新发送。
  • 底层数据结构 ：
    • 节点用clusterState结构体维护槽和节点关系（C语言实现）。
    • 客户端缓存ClusterNode映射，定期通过CLUSTER SLOTS同步。

• 代码验证：

  import org.springframework.data.redis.connection.RedisClusterConnection;
  
  RedisClusterConnection connection = template.getConnectionFactory().getClusterConnection();
  System.out.println(connection.clusterGetNodes()); // 查看节点

• 手动分片：

  • 客户端用一致性哈希：

    int slot = Math.abs("key".hashCode() % 2);
    RedisTemplate<String, String> node = (slot == 0) ? node1Template : node2Template;
    node.opsForValue().set("key", "value");

• 关键点：

  • RedisTemplate屏蔽了底层复杂度，依赖Lettuce/Jedis实现槽定位。
  • 网络延迟或映射过期可能触发重定向。

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7. 扩主节点后怎么知道数据从哪个节点读？（底层剖析）

扩容后数据分布变化，这里剖析底层如何更新并定位。

• 表面交互（RedisTemplate）：

  clusterConfig.clusterNode("new_master", 6379);
  String value = template.opsForValue().get("key"); // 自动适应

• 底层原理：

  • 扩容过程 ：

    1. 新节点加入：redis-cli --cluster add-node new_ip:6379 existing_ip:6379。
    2. 槽迁移：redis-cli --cluster reshard，手动指定槽（如0-1000到新节点）。
    3. 数据迁移：源节点将键值对发送到目标节点（MIGRATE命令）。
    • 示例：MIGRATE new_ip 6379 "" 0 5000 KEYS key1 key2。

  • 槽映射更新 ：

    • 集群通过Gossip协议广播新映射。
    • 每个节点更新clusterState.slots（槽到节点的映射）。

  • 客户端感知 ：

    • RedisTemplate的JedisClusterConnection定期执行CLUSTER SLOTS。

    • 返回格式：

      *3
      *3
      :0
      :5460
      *2
      $9
      192.168.1.1
      :6379
      *3
      :5461
      :10922
      *2
      $9
      192.168.1.2
      :6379

    • 更新本地缓存（如JedisClusterInfoCache）。

  • 读数据流程 ：

    1. template.opsForValue().get("key")。
    2. 计算CRC16("key") % 16384（如12345）。
    3. 查询缓存，若槽12345在新节点（new_ip:6379），发送*2\r\n$3\r\nGET\r\n$3\r\nkey\r\n。
    4. 若缓存过期，收到-MOVED，跳转新节点。

  • 从节点读 ：

    • 新主配从后，template连接从节点：

    JedisConnectionFactory slaveFactory = new JedisConnectionFactory(new RedisStandaloneConfiguration("slave_ip", 6379));
    RedisTemplate<String, String> slaveTemplate = new StringRedisTemplate(slaveFactory);
    slaveTemplate.getConnectionFactory().getConnection().readOnly();
    String value = slaveTemplate.opsForValue().get("key");

    • 底层同步：从节点通过PSYNC从主拉取数据。

• 关键点：

  • 底层依赖Gossip和CLUSTER SLOTS确保一致性。
  • RedisTemplate动态适应，无需手动干预。