Redis常见面试题（第一季）

我是小小的程序员一枚，北京某厂搬砖，计划以系列的方式写文章，如果觉得文章对您有帮助，请动动小手点播关注~~~

前言

上篇文章介绍了Redis五种基本类型的底层实现（Reids五种数据类型的底层实现），点击括号中的文字可以查看，这篇文章从概念的角度介绍Redis（6.2.6）在使用过程中需要注意的一些问题。PS：文章中可能涉及到Redis配置文件信息，版本不同，参数的名字可能有出入。

1：Redis为什么快？

基于内存操作：Redis中所有数据都存内存，内存操作要比硬盘操作快得多;

特殊的数据结构：Redis中的数据结构都是经过精心设计的，上篇文章中提到了（Reids五种数据类型的底层实现）;

Redis是单线程，避免了多个线程之间线程切换和锁资源竞争用的开销;

I/O多路复用和非阻塞I/O：使用 I/O多路复用功能来监听多个 socket连接客户端，这样就可以使用一个线程连接来处理多个请求，减少线程切换带来的开销，非阻塞I/O避免了 I/O 阻塞操作。

2：Redis持久化机制？

Redis虽然是基于计算机内存操作的数据库，但肯定也支持持久化操作（把数据保存至电脑硬盘），如果没有持久化操作，Redis突然宕机，就会造成Redis中数据丢失问题。在Redis中提供了两种持久化方式。RDB方式默认开启，AOF方式默认不开启（如果RDB和AOF同时开启，将会采用AOF的方式持久化数据。）

RDB (Redis DataBase)

AOF (Append Of File)

2.1：RDB

在指定的时间间隔内将内存中的数据以快照的方式写入到磁盘，简单的理解就是，每过一段时间，Redis就会把内存中的数据咔嚓（拍照）一下，然后将咔嚓到的数据持久化到本地，咔嚓的时间间隔可以指定。此模式默认开启

2.1.1：RDB执行过程

如果执行的是save命令，Reids会用主进程持久化文件，在此期间，Redis主进程不能接受任何命令请求；
如果是执行的bgsave命令，Redis会单独创建（fork）一个子进程来进行持久化操作。在此期间，Redis主进程可以接受任何命令请求。

无论执行哪个命令进行持久化数据，Redis都会先将数据写入到一个临时文件中，待持久化过程都结束了，再用这个临时文件替换上次持久化文件。其中，先写入到临时文件的目的：如果持久化的过程中出现异常导致数据丢失，还可以用上一次上次持久化文件中的数据。持久化完成后默认（可以指定文件名称）会生成一个dump.rdb文件，Redis断电重启时读取dump.rdb文件中的数据。

简要流程图

2.1.2 触发快照

下图是Redis配置文件中触发快照条件的截图：

3600秒内有至少1个key发生变化；

300秒内有至少100个key发生变化；

60秒内有至少10000个key发生变化。

满足以上三个条件之一就会持久化数据，这些都是Redis中的默认值，也可以手动指定。

2.1.3：优点

适合大规模的数据恢复，全量备份、全量复制的场景；

对数据完整性要求不高的场景可以使用；

恢复速度快。

2.1.4：缺点

在备份周期在一定间隔时间做一次备份，所以如果Redis意外down掉的话，就会丢失最后一次快照后的所有修改。
虽然Redis在fork时使用了写时拷贝技术,但是如果数据庞大时还是比较消耗性能。

2.2：AOF

以日志的形式来记录每个写操作，追加的方式来记录数据（即保存增量），将Redis执行过的所有写指令记录下来(读操作不记录)，生成一个appendonly.aof文件，每次操作，都会以redis启动之初会读取该文件重新构建数据，也就是说，redis 重启，就根据日志文件中的命令执行一次，以完成数据的恢复工作。默认不开启

2.2.1：AOF执行过程

1：客户端的请求写命令会被append追加到AOF缓冲区内；
2：AOF缓冲区根据AOF持久化策略将操作将数据同步到磁盘的AOF文件中；
3：AOF文件大小超过重写策略或手动重写时，会对AOF文件rewrite重写，压缩AOF文件容量；
4：Redis服务重启时，会重新load加载AOF文件中的写操作达到数据恢复的目的。• 简要流程图

注意：AOF的具体持久化数据的方式三种：

始终同步，每次Redis的写入都会立刻记入日志；性能差但数据完整性比好；

每秒同步，每秒记入日志一次，如果宕机，本秒的数据可能丢失；

redis不主动进行同步，把同步时机交给操作系统。

2.2.3：优点

备份机制更加稳健，丢失数据概率更低；

可读的日志文本，通过操作AOF更加稳健，可以处理误操作。

2.2.4：缺点

仅记录数据，还要记录操作，aof文件的大小要大于rdb格式的文件；

恢复备份速度要慢；

每次读写都同步的话，容易造成系统卡顿。

3：Redis缓存穿透？

使用： 一般情况下，为了减小数据库的压力，会把数据库的中的一些数据放到MySQL中，这样请求会 先从缓存中查询数据，如果缓存中没有，再去数据库中查，然后更新缓存，在返回结果。

缓存穿透现象： 某种原因服务器请求增大，而且这些数据Redis中没有，大量的请求直接查数据库，给数据库造成很大的压力，甚至造成数据库不可用。或者去查询一个缓存中和数据库中不存在的值。

解决：

对空值进行缓存： 如果查询的数据Redis和数据库都为不存在，可以把这个为空的结果放到缓存中，并设置较为短暂的过期时间；

设置访问名单： 如果是恶意攻击，指定可访问的请求；

布隆过滤器(BloomFilter)： 请求过来时，先从布隆过滤器中查询，如果过滤器中有，放行，如果没有直接返回。

4：Redis缓存击穿？

缓存击穿现象： Redis中的某一个key过期，这时，有大量的请求过来，都需要使用这个key，Redis中不存在，大量的请求到数据库中查询。对数据库造成很大的压力。

解决：

预先设置热门数据： 在redis高峰访问之前，把一些热门数据提前存入到redis里面，加长这些热门数据key的时长；

使用互斥锁： 在缓存失效时，不是立即去数据库读取数据，而是，先使用缓存工具的某些带成功操作返回值的操作（Redis的SETNX）去set一个mutex key，当操作返回成功时，再读取数据库并把值写到缓存；否则，就重新获取缓存。

5：Redis缓存雪崩？

缓存雪崩现象： 大量的key在redis中过期，此时若有大量并发请求过来，这些请求发现缓存过期一般都会从数据库加载数据并保存到缓存中，这个时候大并发的请求可能会瞬间把数据库压垮。

注意：缓存击穿是一个key过期，大量的请求访问这一个key；缓存雪崩是大量的key过期，大量的请求访问这一批key。

解决：

设置过期标志更新缓存： 专门设置一个值来记录缓存数据是否过期，如果过期就通知另外的线程在后台去更新这个key的缓存。

缓存失效时间加上随机值：比如原有的过期时间固定为60分钟，在这个固定时间上随机加上1-5分钟的时间，这样尽量减少缓存在同一时间内过期。

6：Redis过期、淘汰策略？

6.1：Redis过期策略

Redis是基于内存操作的，Redis中的数据会加载到内存中，常见的电脑的运行内存有16G，32G等。试想如果电脑内存满了怎么办呢？Redis为了解决这个问题设计了三大策略：

定期删除： 采用时间换空间的思想，Redis会为每个key设置过期时间，到期后就会对这个过期key进行删除，其优点是数据过期就进行清理，节省内存；缺点是对CPU不友好，CPU需要时刻都要处理过期的数据；

惰性删除： 采用空间换时间的思想，当Redis中的key到达过期时间，不做处理。等下次访问该数据时，返回不存在，并删除。优点：对CPU友好，CPU不需要时刻处理过期的数据。缺点：对内存不友好，有些key已经过期，一直没有请求访问，那么这个key永远不会被删除；

定时删除： 该方案是以上两种方案的折中办法：定时删除策略每隔一段时间执行一次删除过期键操作，时间可以手动指定。但是该策略每次执行都会选取一部分key，假如有的key一直没有被选中，这条数据将无法被删除。

存在问题： 在Redis中，使用的是惰性删除 + 定时删除，这时是不是会想：如果某些key没有被使用，而且没有被定时删除选中，那么他会一直存在Redis中，随着这种key的增多，Redis所占内存的内存越来越大，直到有一天会把内存占满，造成OOM，为了解决这个问题Redis中还有内存淘汰策略：

当内存不足时会执行以下指定的内存淘汰策略：

volatile-lru：对设置过期时间的key采用LRU（最近最少使用）算法进行淘汰；

allkeys-lru：对所有的key采用LRU（最近最少使用）算法进行淘汰；

volatile-lfu：对设置过期时间的key采用LFU（最不经常使用）算法进行淘汰；

allkeys-lfu：对任何的key采用LFU（最不经常使用）算法进行淘汰；

volatile-random：从设置过期时间的key中随机淘汰数据；

allkeys-random：从所有的key中随机淘汰数据；

volatile-ttl：淘汰距离过期时间最近的key；

noeviction：不删除任何key。

7：Redis高可用？

在生产环境中，Redis不会部署一台，如果只要有一台的话，这台机器出现一旦问题，会造成服务不可用，所以生产环境中一般都会多机器部署，高可用模式一般分为一下三种：

主从模式

哨兵模式

集群模式

7.1：主从模式

主从模式是多个Redis部署，即一主多从模式，主节点（master）负责写数据，从节点（slave）负责读数据，这样就做到了读写分离。主节点新写入的数据也会同步到从节点中。

7.1.1：主从复制过程

1：从服务器第一次启动完成后，会进行全量复制，向主服务器发送一个SYNC命令。

2：主服务器收到SYNC命令后，会执行BGSAVE命令，把数据持久化，生成一个RDB文件，并在此期间，生成一个缓冲区来记录新写入主服务器数据的命令。

3：等BGSAVE命令执行完成后，主服务会将生成的RDB文件发送至从服务器，从服务器读取这个RDB文件，完成数据同步（全量复制）。

4：如果主服务器又有新的数据写入，主服务器会将自己缓冲区的写命令发送至从服务器，从服务器执行这些命令，完成写入操作（增量复制）。

具体步骤如下图：

注意：

一：上图中的步骤7的是全量复制，步骤9是增量复制，但是如果是新加的从服务器，就必须的完成全量复制，在Reids旧版本中（2.8以前），没有新加从节点，原有的从节点断线重连了，它断线重连后依旧会执行SYNC命令，这样无论主节点还是从节点来说，都是有性能的开销，导致效率低下。所以从2.8版本开始，使用PSYNC替代了SYNC命令。如果从服务器断线重连，在条件允许的情况下，从服务器不会全量复制，而进行类似增量复制的操作。

二：如果主节点挂掉，从节点是不会上位成主机，如果非要从节点上位成主节点，需要人工操作。

7.1.2：优缺点

优点

实现数据的读写分离，部分从节点出问题，服务依然可用，从节点可以扩展主库节点的读能力，有效应对大并发量的读操作。

缺点

故障恢复复杂，当主库节点出现故障时，需要手动将一个从节点晋升为主节点，此时Redis的IP地址发生变化，需要开发者修改代码中连接Redis的配置文件，整个过程需要人为干预，比较繁琐。

7.2：哨兵模式（Sentinel）

哨兵 （Sentinel）模式是Redis高可用的解决方案之一，由一个或多个Sentinel监听Redis的主从服务，该模式可以理解为主从模式的加强版，此模式能够监控主节点是否有故障，如果主节点出现故障，从节点会自动投票选出新的主节点。注意：有故障的主节点重新启动，这时它就会变成从节点。

7.2.1：哨兵作用

通过发送命令，让Redis服务器返回监控其运行状态，包括主服务器和从服务器。

当哨兵监测到master宕机，会自动将slave切换成master，然后通过发布订阅模式通知其他的从服务器修改配置文件，让它们切换主机。

7.2.2：选举规则

sentinel检测到主服务下线后，将会在从节点中挑选一个服务，将其转成主节点：

判断条件：

选择优先级靠前的：在Redis的redis.conf文件中，有一个默认的：slave-priority=100值，值越小优先级越高。

如果优先级一样，sentinel会，选择偏移最量大的slaver：偏移量是指获得原Master节点数据最全的。

如果优先级和偏移量都一样，然后选择runid最小的：每个Redis启动后都会生成一个40位的runid。

sentinel向被选中的从服务器发送SLAVEOF命令，发送完成之后，再以一定的频率发送INFO命令，并观察命令回复中的角色信息，检测到被选中的从服务器角色已经变成Master时，Sentinel才知道被选中的slaver升级成了Master。
当已下线的Master重新上线时，sentinel会发送SLAVEOF命令，让其变为从节点。

注意： 如果sentinel是多节点部署，每个哨兵都会经过以上的选举步骤，有N个以上sentinel同意才能完成准备切换（N是自定义的）。

主观下线：假设主服务器宕机，哨兵A先检测到这个结果，系统并不会马上进行故障切换，此时，哨兵A主观的认为主服务器不可用。

客观下线：当后面的哨兵也检测到主服务器不可用，并且数量达到一定值时（N），那么哨兵之间就会进行一次投票，投票的结果由一个哨兵发起，进行故障切换操作。切换成功后，就会通过发布订阅模式，让各个哨兵把自己监控的从服务器实现切换主机。

当Master认定为客观下线时，sentinel才进行选举。

7.2.3：优缺点

优点

部署简单；

能够解决 Redis 主从模式下的高可用主从切换问题；

开发者只是配置对外暴露的sentinel地址，如果Redis发生主从切换，使用方无需修改Redis的IP地址。

缺点

1：消耗资源，Sentinel本身就是特殊配置的Redis服务；2：哨兵模式下每台 Redis 服务器都存储相同的数据，很浪费内存空间；3：哨兵模式始终只有一个Redis主机来接收和处理写请求，写操作还是受单机瓶颈影响，没有实现真正的分布式架构。

7.3：集群模式（Cluster）

哨兵模式已经实现了高可用，但是在数据量大的情况下，也会出现问题，比如：Redis的容量不够，哨兵模式下无法扩容，并发写操作也无法实现，而且哨兵模式下只能有一个Reids主机来接收写请求，等等。。。所以，在Redis3.0中，加入了Cluster模式，该模式将数据按照一定的规则将数据分配到了多台机器上（数据分片），不但解决了单机Redis容量有限问题，还解实现了并发写。

7.3.1：插槽（slot）

有Redis集群，必须说到插槽，因为Redis是通过插槽算法完成数据分配的。在一个Redis集群中会有16384个插槽

集群中每个节包含一部分插槽，举个例子：假如该集群中有A、B、C3个节点：

其中：

节点 A 负责处理 0 号至 5460 号插槽；

节点 B 负责处理 5461 号至 10922 号插槽；

节点 C 负责处理 10923 号至 16383 号插槽。

当有集群有写入操作时，会对写入的key通过CRC16算法产生一个16bit的值，然后用这个值对16384进行取模运算，最后得出这个数据写入到集群的节点：

8：Redis的事务？

Redis中的事务主要作用是串联多个命令防止别的命令插队，通过MULTI、EXEC、WATCH等命令来实现事务功能。

简单的说具有三大特性:

单独的隔离操作：事务中的所有命令都会序列化、按顺序地执行。事务在执行的过程中，不会被其他客户端发送来的命令请求所打断；

无隔离级别：队列中的命令没有提交之前都不会实际被执行，因为事务提交前任何指令都不会被实际执行；

不保证原子性：事务中如果有一条命令执行失败，其后的命令仍然会被执行，没有回滚。

大致流程如下：

开始事务（执行MULTI）

命令入队（操作数据）

事务执行（EXEC）或撤销事务（DISCARD）

常见的操作命令：

命令	描述
MULTI	执行该命令标志事务开始（此时操作数据，会将操作放在一个队列中）
EXEC	顺序执行队列中的命令
DISCARD	放弃执行队列中的命令
WATCH	该命令是一个乐观锁监视命令，监视Redis中数据的key是否至少有一个被修改。
UNWATCH	解除对WATCH命令对所有key的监视