Redis 缓存那点破事 | 绝杀面试官 25 问！

为了便于大家查找问题，了解全貌，整理个目录，我们可以快速全局了解关于 Redis 缓存，面试官一般喜欢问哪些问题？

接下来，我们逐条来看看每个问题及答案

Redis 有哪些特性？

答案：

• 性能高， 读的速度是 100000 次/s，写的速度是 80000 次/s

• 数据持久化，支持 RDB 、AOF

• 支持事务。通过 MULTI 和 EXEC 指令包起来。

• 多种数据结构类型

• 主从复制

• 其他特性：发布/订阅、通知、key 过期等

Redis 为什么这么快？

答案：

• 完全基于内存，没有磁盘 IO 上的开销，异步持久化除外

• 单线程，避免多个线程切换的性能损耗

• 非阻塞的 IO 多路复用机制

• 底层的数据存储结构优化，使用原生的数据结构提升性能。

Redis 底层的基础数据结构有哪些？

答案：

• 字符串。没有采用 C 语言的传统字符串，而是自己实现的一个简单动态字符串 SDS 的抽象类型，并保存了长度信息。

• 链表（linkedlist）。双向无环链表结构，每个链表的节点由一个 listNode 结构来表示，每个节点都有前置和后置节点的指针

• 字典（hashtable）。保存键值对的抽象数据结构，底层使用 hash 表，每个字典带有两个 hash 表，供平时使用和 rehash 时使用。

• 跳跃表（skiplist）。跳跃表是有序集合的底层实现之一。redis 跳跃表由 zskiplist 和 zskiplistNode 组成，zskiplist 用于保存跳跃表 信息(表头、表尾节点、⻓度等)，zskiplistNode 用于表示表跳跃节点，每个跳跃表的层高都是 1- 32 的随机数，在同一个跳跃表中，多个节点可以包含相同的分值，但是每个节点的成员对象必须是唯一的，节点按照分值大小排序，如果分值相同，则按照成员对象的大小排序。

• 整数集合（intset）。用于保存整数值的集合抽象数据结构，不会出现重复元素，底层实现为数组。

• 压缩列表（ziplist）。为节约内存而开发的顺序性数据结构，可以包含多个节点，每个节点可以保存一个字节数组或者整数值。

Redis 支持哪些数据类型？

答案：五种常用数据类型： String 、 Hash 、 Set 、 List 、 SortedSet 。三种特殊的数据类型： Bitmap 、 HyperLogLog 、 Geospatial ，其中 Bitmap 、HyperLogLog 的底层都是 String 数据类型，Geospatial 底层是 Sorted Set 数据类型。

• 字符串对象 string：int 整数、embstr 编码的简单动态字符串、raw 简单动态字符串

• 列表对象 list：ziplist、linkedlist

• 哈希对象 hash：ziplist、hashtable

• 集合对象 set：intset、hashtable

• 有序集合对象 zset：ziplist、skiplist

Redis 常用的 5 种数据结构和应用场景？

答案：

• String：缓存、计数器、分布式锁等

• List：链表、队列、微博关注人时间轴列表等

• Hash：用户信息、Hash 表等

• Set：去重、赞、踩、共同好友等

• Zset：访问量排行榜、点击量排行榜等

为什么采用单线程？

答案：官方回复，CPU 不会成为 Redis 的制约瓶颈，Redis 主要受内存、网络限制。例如，在一个普通的 Linux 系统上，使用 pipelining 可以每秒传递 100 万个请求，所以如果您的应用程序主要使用 O(N) 或 O(log(N)) 命令，则几乎不会使用太多 CPU，属于 IO 密集型系统。

Redis 6.0 之后又改用多线程呢?

答案：Redis 的多线程主要是处理数据的读写、协议解析。执行命令还是采用单线程顺序执行。主要是因为 redis 的性能瓶颈在于网络 IO 而非 CPU，使用多线程进行一些周边预处理，提升了 IO 的读写效率，从而提高了整体的吞吐量。antirez 在 RedisConf 2019 分享时提到，Redis 6 引入的多线程 IO 对性能提升至少一倍以上。

过期键 Key 的删除策略有哪些？

答案：有 3 种过期删除策略。惰性删除、定期删除、定时删除

• 惰性删除。使用 key 时才进行检查，如果已经过期，则删除。缺点：过期的 key 如果没有被访问到，一直无法删除，一直占用内存，造成空间浪费。

• 定期删除。每隔一段时间做一次检查，删除过期的 key，每次只是随机取一些 key 去检查。

• 定时删除。为每个 key 设置过期时间，同时创建一个定时器。一旦到期，立即执行删除。缺点：如果过期键比较多时，占用 CPU 较多，对服务的性能有很大影响。

如果 Redis 的内存空间不足，淘汰机制？

答案：

• volatile-lru：从已设置过期时间的 key 中，移出最近最少使用的 key 进行淘汰

• allkeys-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的 key（这个是最常用的）

• volatile-ttl：从已设置过期时间的 key 中，移出将要过期的 key

• volatile-random：从已设置过期时间的 key 中，随机选择 key 淘汰

• allkeys-random：从 key 中随机选择 key 进行淘汰

• no-eviction：禁止淘汰数据。当内存达到阈值的时候，新写入操作报错

• volatile-lfu：从已设置过期时间的数据集(server.db[i].expires)中挑选最不经常使用的数据淘汰(LFU(Least Frequently Used)算法，也就是最频繁被访问的数据将来最有可能被访问到)

• allkeys-lfu：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最不经常使用的 key。

Redis 突然挂了怎么解决？

答案：1、从系统可用性角度思考，Redis Cluster 引入主备机制，当主节点挂了后，自动切换到备用节点，继续提供服务。2、Client 端引入本地缓存，通过开关切换，避免 Redis 突然挂掉，高并发流量把数据库打挂。

Redis 持久化有哪些方式？

答案：1、快照 RDB。将某个时间点上的数据库状态保存到 RDB文件 中，RDB 文件是一个压缩的二进制文件，保存在磁盘上。当 Redis 崩溃时，可用于恢复数据。通过 SAVE 或 BGSAVE 来生成 RDB 文件。

• SAVE：会阻塞 redis 进程，直到 RDB 文件创建完毕，在进程阻塞期间，redis 不能处理任何命令请求。

• BGSAVE：会 fork 出一个子进程，然后由子进程去负责生成 RDB 文件，父进程还可以继续处理命令请求，不会阻塞进程。

2、只追加文件 AOF。以日志的形式记录每个写操作（非读操作）。当不同节点同步数据时，读取日志文件的内容将写指令从前到后执行一次，即可完成数据恢复。

Redis 常用场景

答案：

• 1、缓存，有句话说的好，「性能不够，缓存来凑」

• 2、分布式锁，利用 Redis 的 setnx

• 3、分布式 session

• 4、计数器，通过 incr 命令

• 5、排行榜，Redis 的 有序集合

• 6、其他

Redis 缓存要注意的七大经典问题？

答案：列举了亿级系统，高访问量情况下 Redis 缓存可能会遇到哪些问题？以及对应的解决方案。

• 1、缓存集中失效

• 2、缓存穿透

• 3、缓存雪崩

• 4、缓存热点

• 5、缓存大 Key

• 6、缓存数据的一致性

• 7、数据并发竞争预热

Redis 集群方案有哪几种？

答案：

• 主从复制模式

• Sentinel（哨兵）模式

• Redis Cluster 模式

Redis 主从数据同步（主从复制）的过程？

答案：

• 1、slave 启动后，向 master 发送 sync 命令

• 2、master 收到 sync 之后，执行 bgsave 保存快照，生成 RDB 全量文件

• 3、master 把 slave 的写命令记录到缓存

• 4、bgsave 执行完毕之后，发送 RDB 文件到 slave，slave 执行

• 5、master 发送缓冲区的写命令给 slave，slave 接收命令并执行，完成复制初始化。

• 6、此后，master 每次执行一个写命令都会同步发送给 slave，保持 master 与 slave 之间数据的一致性

主从复制的优缺点？

答案：1、优点：

• master 能自动将数据同步到 slave，可以进行读写分离，分担 master 的读压力

• master、slave 之间的同步是以非阻塞的方式进行的，同步期间，客户端仍然可以提交查询或更新请求

缺点：

• 不具备自动容错与恢复功能，master 节点宕机后，需要手动指定新的 master

• master 宕机，如果宕机前数据没有同步完，则切换 IP 后会存在数据不一致的问题

• 难以支持在线扩容，Redis 的容量受限于单机配置

Sentinel（哨兵）模式的优缺点？

答案：哨兵模式基于主从复制模式，增加了 哨兵来监控 与 自动处理故障 。1、优点：

• 哨兵模式基于主从复制模式，所以主从复制模式有的优点，哨兵模式也有

• master 挂掉可以自动进行切换，系统可用性更高

2、缺点：

• Redis 的容量受限于单机配置

• 需要额外的资源来启动 sentinel 进程

Redis Cluster 模式的优缺点？

答案：实现了 Redis 的分布式存储，即每台节点存储不同的内容，来解决在线扩容的问题。1、优点：

• 无中心架构，数据按照 slot 分布在多个节点

• 集群中的每个节点都是平等的，每个节点都保存各自的数据和整个集群的状态。每个节点都和其他所有节点连接，而且这些连接保持活跃，这样就保证了我们只需要连接集群中的任意一个节点，就可以获取到其他节点的数据。

• 可线性扩展到 1000 多个节点，节点可动态添加或删除

• 能够实现自动故障转移，节点之间通过 gossip协议 交换状态信息，用投票机制完成 slave 到 master 的角色转换

缺点：

• 数据通过异步复制，不保证数据的强一致性

• slave 充当 “冷备”，不对外提供读、写服务，只作为故障转移使用。

• 批量操作限制，目前只支持具有相同 slot 值的 key 执行批量操作，对 mset、mget、sunion 等操作支持不友好

• key 事务操作支持有限，只支持多 key 在同一节点的事务操作，多 key 分布在不同节点时无法使用事务功能

• 不支持多数据库空间，一台 redis 可以支持 16 个 db，集群模式下只能使用一个，即 db 0 。Redis Cluster 模式不建议使用 pipeline 和 multi-keys 操作，减少 max redirect 产生的场景。

Redis 如何做扩容？

答案：为了避免数据迁移失效，通常使用 一致性哈希 实现动态扩容缩容，有效减少需要迁移的 Key 数量。但是 Cluster 模式，采用固定 Slot 槽位方式（16384 个），对每个 key 计算 CRC16 值，然后对 16384 取模，然后根据 slot 值找到目标机器，扩容时，我们只需要迁移一部分的 slot 到新节点即可。

Redis 的集群原理?

答案：一个 redis 集群由多个节点 node 组成，而多个 node 之间通过 cluster meet 命令来进行连接，组成一个集群。数据存储通过分片的形式，整个集群分成了 16384 个 slot，每个节点负责一部分槽位。整个槽位的信息会同步到所有节点中。key 与 slot 的映射关系：

• 健值对 key，进行 CRC16 计算，计算出一个 16 bit 的值

• 将 16 bit 的值对 16384 取模，得到 0 ～ 16383 的数表示 key 对应的哈希槽

Redis 如何做到高可用？

答案：哨兵机制。具有自动故障转移、集群监控、消息通知等功能。哨兵可以同时监视所有的主、从服务器，当某个 master 下线时，自动提升对应的 slave 为 master，然后由新 master 对外提供服务。

什么是 Redis 事务？

答案：Redis 事务是一组命令的集合，将多个命令打包，然后把这些命令按顺序添加到队列中，并且按顺序执行这些命令。Redis 事务中没有像 Mysql 关系型数据库事务隔离级别的概念，不能保证原子性操作，也没有像 Mysql 那样执行事务失败会进行回滚操作

Redis 事务执行流程？

答案：通过 MULTI 、 EXEC 、 WATCH 等命令来实现事务机制，事务执行过程将一系列多个命令按照顺序一次性执行，在执行期间，事务不会被中断，也不会去执行客户端的其他请求，直到所有命令执行完毕。具体过程：

• 服务端收到客户端请求，事务以 MULTI 开始

• 如果正处于事务状态时，则会把后续命令放入队列同时返回给客户端 QUEUED ，反之则直接执行这 个命令

• 当收到客户端的 EXEC 命令时，才会将队列里的命令取出、顺序执行，执行完将当前状态从事务状态改为非事务状态

• 如果收到 DISCARD 命令，放弃执行队列中的命令，可以理解为 Mysql 的回滚操作，并且将当前的状态从事务状态改为非事务状态

WATCH 监视某个 key，该命令只能在 MULTI 命令之前执行。如果监视的 key 被其他客户端修改，EXEC 将会放弃执行队列中的所有命令。UNWATCH 取消监视之前通过 WATCH 命令监视的 key。通过执行 EXEC 、DISCARD 两个命令之前监视的 key 也会被取消监视。

Redis 与 Guava 、Caffeine 有什么区别？

答案：缓存分为本地缓存和分布式缓存。1、Caffeine、Guava，属于本地缓存，特点：

• 直接访问内存，速度快，受内存限制，无法进行大数据存储。

• 无网络通讯开销，性能更高。

• 只支持本地应用进程访问，同步更新所有节点的本地缓存数据成本较高。

• 应用进程重启，数据会丢失。

所以，本地缓存适合存储一些不易改变或者低频改变的高热点数据。2、Redis 属于分布式缓存，特点：

• 集群模式，支持大数据量存储

• 数据集中存储，保证数据的一致性

• 数据跨网络传输，性能低于本地缓存。但同一个机房，两台服务器之间请求跑一个来回也就需要 500 微秒，比起其优势，这点损耗完全可以忽略，这也是分布式缓存受欢迎的原因。

• 支持副本机制，有效的保证了高可用性。

如何实现一个分布式锁？

答案：

• 1、数据库表，性能比较差

• 2、使用 Lua 脚本 (包含 SETNX + EXPIRE 两条指令)

• 3、SET 的扩展命令（SET key value [EX][PX] [NX|XX]）

• 4、Redlock 框架

• 5、Zookeeper Curator 框架提供了现成的分布式锁

来源：https://link.zhihu.com/?target=https%3A//mp.weixin.qq.com/s%3F__biz%3DMzg2NzYyNjQzNg%3D%3D%26mid%3D2247486515%26idx%3D1%26sn%3D62a75d90d76a7f0c4cb01a64db8f4e2e%26utm_source%3Dtuicool%26utm_medium%3Dreferral