Redis的相关总结
zghover 2020-05-10
关于redis的相关总结
1.什么是redis?
2. 缓存中间件——Memcache和redis的区别？
Memcache：
代码层次类似哈希，不支持简单数据类型，不支持分片，不支持主从分布，不支持持久化存储。
redis
数据类型丰富，支持主从分布，支持分片，支持持久化存储
3.为什么redis这么快？
100000+ qps(每秒内查询次数)
1）完全基于内存，绝大部分的请求纯粹是内存操作，执行效率高。
2）数据结构简单，对数据操作也接单
3）主线程采用单线程（io处理，io下的请求，赋值协调，集群协调），想要多核也可启用实例。
4）使用多路i/o复用模型，非阻塞io
4.什么是多路复用模型?
FD：文件描述符，一个打开的文件通过唯一的描述符进行引用，该描述符是打开文件的元数据到文件本身的映射。
传统的阻塞i/o模型：由于发现阻塞（读写不可动，不会对其他操作进行改变）一般用select系统调用，selector负责监听是否可读或可写。
redis采用的多路复用函数：eqoll/kqueue/evport/select.因地制宜，优先选择时间复杂度为O(1)的多路复用函数作为底层实现。以时间复杂度为O(n)的select作为保底。基于react设计模式监听i/o事件。
5.redis常用的数据类型？
供用户使用的数据类型
String：最基本的数据类型，二进制安全（jpg图片，序列化文件）
Hash：String元素组成的字典，适用于存储对象
List:列表，按照String元素插入顺序排序（大约41个成员）
Set：String元素组成的无需集合，通过哈希表实现，不允许重复
Sorted Set：通过分数为集合中的成员进行从小到大的排序
用于计数的HyperLogLog:HyperLogLog实际上不会存储每个元素的值，它使用的是概率算法，通过存储元素的hash值的第一个1的位置，来计算元素数量。
用于支持存储地理位置信息的Geo。
6.底层数据类型基础
这一部分不过多讲解
简单动态字符串
链表
字典
跳跃表
整数集合
压缩列表
对象
7.从海量key里查询出来某一固定前缀的key
留意细节
摸清数据规模，即问清楚边界
使用keys对线上业务的影响：Keys pattern :查找所有符合给定模式pattern的 key
Keys指令会一次性返回所有匹配的key
键的数量过大会使服务器卡顿
第二种方式：Scan cursor [Match pattern] [Count count]
基于游标的迭代器，需要基于上一次的游标延续之间的迭代过程。
以0作为游标开始进行一次新的迭代，知道命令返回游标0完成一次遍历。
不保证每次执行都返回某个给定数量的元素，支持模糊查询。
一次返回的数量不可控，只能是某个大概率符合count的数。
8.如何通过Redis实现分布式锁
Setnx key value：如果key不存在，则创建并复制。
时间复杂度：O(1)
返回值：设置成功，返回1；设置失败，返回0
9.如何解决Setnx长期有效的问题
Expire key seconds
设置key的生存时间，当key过期时（生存时间为0），会被自动删除
缺点：原子性得不到满足
10.如何将两者结合起来？（2.6.12）
Set key value[Ex seconds] [Px milliseconds] [Nx|xx]
Ex seconds:设置键的过期时间为seconds秒。
Px millisecond：设置键的过期时间为milliseconds毫秒。
Nx：只在键不存在时，才对键进行操作。
Xx：只在键已经存在时，才对键进行设置操作。
Set操作成功完成时返回OK，否则返回设置操作nil。
11.大量的key同时过期的注意事项
集中过期，由于清除大量的key很耗时，会出现短暂的卡顿现象。
解决方案：在设置key的过期时间的时候，给每个key加上随机值。
12.如何使用Redis做异步队列
使用List作为队列，Rpush生产消息，Lpop消费消息
缺点：没有等待队列有值，就能进行消费。
弥补：可以通过在应用层引入sleep机制去调用Lpop重试。
另外方法
Blpop key [key...] timeout:阻塞直到队列有消息或者超时。
缺点：只能供一个消费者消费
怎么样才能够生产一次便让多个消费者消费？
Pub/Sub模式：主题订阅者模式
发送者（Pub）发送消息，订阅者（Sub）接收消息。
订阅者可以订阅任意数量的频道。
缺点：消息的发布是无状态的，无法保证可达。（解决：利用KafaKa等）
13.Redis如何做持久化？
RDB（快照）持久化：保存某个时间节点的全量数据快照
SAVE 900 1 ：900秒内有一行写入
SAVE 300 10 ：300秒内有10行写入 否则从上
SAVE 60 10000 60秒内有10000行写入
stop-writes-on-bgsave-error yes
当备份进程出错时，主进程就停止写入操作了。
rdbcompression yes
rdb格式
save:阻塞Redis的服务器进程，知道rdb文件被创建完毕。
bgsave:Fork出一个子进程来创建rdb文件，不阻塞服务器进程（主要的方式）
自动化触发RDB持久化的方式
根据redis.conf配置里的SAVE m n 定时触发（用的是Bgsave）
主从复制时，主节点自动触发
执行Debug Reload
执行Shutdown 且没有开启AOF持久化
系统调用fork():创建进程，实现了Copy-on-write
缺点
内存数据全量同步，量大影响IO性能
可能会因为Redis挂掉而丢失从当前之最近一次快照期间的数据
AOF（Append-Only-File） 持久化：保存写状态
记录除了查询以外所有变更数据库状态的指令
以append的形式追加保存到AOF文件中（增量）
修改redis.conf appendonly yes 默认名字 appendonly.aof
appendfsnc 写入方式：always（只要有变更就记录） everysec(默认) no
日志重写解决AOF文件不断增大的问题？
调用fork（）创建一个子进程
子进程把新的AOF写到一个临时文件里，不依赖原来的AOF文件
子进程持续的将新的变化写到内存和AOF里
主进程获取子进程重写AOF的完成信号，往新AOF同步增量变动
使用新的AOF文件替换掉旧的AOF文件
Redis数据的恢复
14.RDB和AOF的优缺点
RDB：
优点：全量数据快照，文件小恢复快
缺点：无法保存最近一次快照之后的数据
AOF：
优点：可读性高，适合保存增量数据，数据不易丢失
缺点：文件体积大，恢复时间长
15.RDB-AOF混合持久方式（Redis4.0之后 最常用的方式）
Bgsave做镜像全量持久化，AOF做增量持久化
16.Copy-On-Write
如果有多个调用者同时需要要求相同的资源（如内存或磁盘上的数据存储），他们会获得相同的指针指向相同的资源，直到某个调用者试图修改资源的内容时，系统才会真正的复制一份专用副本给该调用者，而其他调用者所见到的最初的资源保持不变。
17.使用pipeline的好处
pipeline和linux的管道相似
Redis基于请求/响应模型，单个请求处理需要一一解答
pipeline批量执行指令，节省多次IO往返的时间
有顺序依赖的指令建议分批发送
18.Redis的同步机制
主从同步原理
全同步过程
Slave发送sync指令到Master
master启动一个进程，将Redis中的数据快照保存到文件中
Master将保存数据快照期间接收到的写命令缓存起来
Master完成写操作后，将该文件发送给Slave
使用新的AOF文件替换掉旧的AOF文件
Master将这期间收集到的增量写命令发送给Slave端
增量同步过程
Master接收到用户传来的操作指令后，判断是否需要传播到Slave
将操作记录追加到AOF文件中
将操作传播到其他Slave：对齐主从库 往响应缓存写入指令
将缓存中的数据发送给Slave
缺点：无法保证高可用
19.解决高可用问题
引入监控机制
解决主从同步Master宕机后的主从切换问题
监控：检查主从服务器是否运行正常
提醒：通过API向管理员或者其他应用程序发送故障通知
自动故障迁移：主从切换
20.流言协议Gossip
在杂乱无章中寻求一致
每个节点都随机的与对方通信，最终所有的节点的状态达成一致
种子节点定期随即向其他节点发送结点列表以及需要传播的消息
不保证信息一定会传给所有节点，但是最终会趋于一致。
21.Redis的集群原理
如何从海量数据里找到所需？
分片：按照某种规则区划分数据，存储在多个节点上。
常规的按照哈希划分无法实现节点的动态增减
一致性哈希算法：对2的32次方取模，将哈希值空间组织成虚拟的圆环。
缺点：Hash环数据倾斜问题
解决：引入虚拟节点解决数据倾斜的问题
