Redis

一、redis的5种数据类型

1、string-----------------字符串类型

2、hash------------------散列类型

3、list---------------------列表类型

4、set--------------------无序集合类型

5、zset-------------------有序集合类型

不同数据类型的读写

1. string
   1. set key value
   2. get key
2. hash
   1. hset key 字段 值
   2. hget key 字段
3. list
   1. lpush 键 aa bb cc
   2. rpush 键 aa bb cc
   3. lrange 键 0 -1
4. set
   1. sadd 键 aaa bbb ccc
   2. smembers 键
   3. spop 键
5. zset
   1. zadd 键 分数 值1 分数 值2
   2. zrange 键 0 -1
   3. zrange 键 0 -1 withscores
   4. zrevrange 键 0 -1 withscores

二、redis是单线程吗？

        是的，Redis是单线程的。Redis采用了事件驱动模型，使用一个主线程来处理网络请求、读写数据和执行命令。这种设计使得Redis能够充分利用操作系统提供的I/O多路复用机制，高效处理大量的并发连接。虽然Redis是单线程的, 但是通过单线程透明的访问操作系统，从而实现并发处理大量的连接和请求。

三、redis6为何引入多线程?

        Redis6引入多线程主要是为了提高系统的并发处理能力和性能。在之前的版本中，Redis是单线程的架构，每个连接都是在单个线程上处理的，这限制了系统的并发能力。

        而在Redis6中引入了多线程模型，可以同时处理多个连接和操作，从而提高了并发处理的能力。多线程模型允许Redis同时处理多个请求，减少了请求排队的情况，大大提高了系统的吞吐量。

        此外，多线程模型还可以充分利用多核处理器的计算能力，通过并行处理来提高系统的性能。在处理大量连接和高并发的场景下，多线程模型可以更有效地利用系统资源，提供更好的性能和响应时间。

四、redis的持久化策略

Redis有两种持久化策略：RDB（Redis DataBase）和AOF（Append-Only File）。

1. RDB持久化：RDB持久化是通过定期将Redis的数据集快照存储到硬盘上，实现数据的持久化。它是通过fork一个子进程来将当前内存中的数据写入一个临时文件，然后再把这个临时文件替换掉之前的RDB文件，以达到更新数据的目的。RDB有两种触发方式：一种是定时触发，可以通过设置save参数来控制间隔时间；另一种是在一定时间内发生了一定数量的写操作时触发。RDB的优点是产生的文件相对较小，恢复数据的速度也较快，但是存在数据丢失的风险。

2. AOF持久化：AOF持久化是通过将Redis的写操作追加到一个文件（AOF文件）中，实现数据的持久化。当Redis重启时，会重新执行AOF文件中的写操作来恢复数据。AOF持久化有三种策略：每秒钟同步一次、每写入一次操作都同步一次和从不同步。其中，每秒钟同步一次是默认的策略，可以通过设置appendfsync参数来改变策略。AOF的优点是数据的安全性更高，可以避免数据丢失的风险，但是文件相对较大，恢复数据的速度相对较慢。

3. 混合持久化（AOF + RDB）： 这种方式结合了 AOF 和 RDB 的优点，既能保证数据的完整性和持久性，又能获得较高的性能。在这种模式下，Redis 会先使用 AOF 持久化来保证数据的完整性，然后定期使用 RDB 持久化来生成快照文件，以提高恢复速度和降低文件大小。

在实际应用中，可以根据数据的重要性和对数据的要求来选择合适的持久化策略，也可以同时使用RDB和AOF来提高数据的安全性和恢复速度。

rdb方式与aof方式的区别？

        rdb是采用快照的方式定时存储，它比较节省资源，但可能会导致未保存的数据意外丢失 aof是采用日志的方式即时存储，它消耗的资源会比rdb方式更多，但它可以防止数据意外丢失

五、缓存击穿、缓存雪崩、缓存穿透

1、缓存击穿

原理：

        如果缓存中某个热点数据过期了，此时大量请求访问该热点数据，就无法从缓存中读取，直接访问数据库，数据库很容易被高并发的请求冲垮。

解决方案：

        1、互斥锁方案，保证同一时间只有一个业务线程更新缓存，未能获取互斥锁的请求，要么等待锁释放后重新 读取缓存，要么就返回空值或者默认值。

        2、不给热点数据设置过期时间，由后台异步更新缓存，或者在热点数据准备要过期前，提前通知后台线程更 新缓存以及重新设置过期时间；

2、缓存雪崩

原理：

        当大量缓存数据在同一时间过期（失效）或者 Redis 故障宕机时，如果此时有大量的用户请 求，都无法在 Redis 中处理，于是全部请求都直接访问数据库，从而导致数据库的压力骤增，严重的会造成 数据库宕机，从而形成一系列连锁反应，造成整个系统崩溃，这就是缓存雪崩的问题。

解决方案：

• 均匀设置过期时间；
• 互斥锁；
• 双 key 策略；
• 后台更新缓存；

3、缓存穿透

原理：

        当用户访问的数据，既不在缓存中，也不在数据库中，导致请求在访问缓存时，发现缓存缺失，再去访问数据库时，发现数据库中也没有要访问的数据，没办法构建缓存数据，来服务后续的请求。那么当有大量这样的请求到来时，数据库的压力骤增，这就是缓存穿透的问题。

解决方案：

• 非法请求的限制；
• 缓存空值或者默认值；
• 使用布隆过滤器快速判断数据是否存在，避免通过查询数据库来判断数据是否存在；

六、redis实现分布式锁

6.1、什么是分布式锁

        分布式锁是一种机制，用于确保在分布式系统中，多个节点在同一时刻只能有一个节点对共享资源进行操作。它是解决分布式环境下并发控制和数据一致性问题的关键技术之一。

分布式锁的特征:

1. 互斥性：任意时刻，只有一个客户端能持有锁。
2. 锁超时释放：持有锁超时，可以释放，防止不必要的资源浪费，也可以防止死锁。
3. 可重入性：一个线程如果获取了锁之后,可以再次对其请求加锁。
4. 高性能和高可用：加锁和解锁需要开销尽可能低，同时也要保证高可用，避免分布式锁失效。
5. 安全性：锁只能被持有的客户端删除，不能被其他客户端删除

6.2、redis实现分布式锁的7中方案

1. SETNX + EXPIRE
2. SETNX + value 值（系统时间 + 过期时间）
3. 使用 Lua 脚本（包含 SETNX + EXPIPE 两条指令）
4. SET 的扩展命令（SET EX PX NX）
5. SET EX PX NX + 校验唯一随机值,再删除
6. Redisson框架
7. 多机实现的分布式锁Redlock+Redisson

参考及详解：

Redis实现分布式锁的7种方案，及正确使用姿势！

七、Redis是如何解决Hash冲突的?

        redis是通过我们的链式hash来解决我们的hash冲突问题，哈希算法产生的哈希值的长度是固定并且是有限的，比如说我们通过MD5算法生成32位的散列值，那么它能生成出来的长度则是有限的，我们的数据如果大于32位是不是就可能存在不同数据生成同一个散列值，那么redis通过链式hash，以不扩容的前提下把有相同值的数据链接起来，但是如果链表变得很长就会导致性能下降，那么redis就采用了rehash的机制来解决，类似于hashmap里面的扩容机制，但是redis中的rehash并不是一次把hash表中的数据映射到另外一张表，而是通过了一种渐进式的方式来处理，将rehash分散到多次请求过程中，避免阻塞耗时。

八、redis如何保证与数据库的双写一致性

1. 事务性操作： 在将数据写入 Redis 之前，首先确保将数据写入主数据库。然后，使用 Redis 的事务性操作将数据写入 Redis。这样可以确保在 Redis 中的数据更新操作与主数据库的写入操作是原子性的。

2. 使用消息队列： 可以通过在主数据库写入操作后将消息发送到消息队列，然后由消费者从消息队列中获取消息并将数据写入 Redis，从而实现主数据库和 Redis 的异步更新。这样可以将主数据库的写入操作与 Redis 的更新解耦，提高了系统的并发性和可扩展性。

3. 定期同步： 定期从主数据库中同步数据到 Redis，确保 Redis 中的数据与主数据库保持一致。可以使用定时任务或者数据库的触发器来实现定期同步。

4. 使用双写模式： 在应用层同时操作主数据库和 Redis，确保数据同时写入两者。这种方式需要确保写入操作的原子性，以防止出现数据不一致的情况。

九、redis是如何处理过期的数据的?

Redis 使用一种称为惰性删除（lazy expiration）的方式来处理过期数据。这意味着 Redis 并不是立即在键过期时将其删除，而是在某个键被访问时检查它是否过期，如果过期了，才会将其删除。
具体来说，当客户端尝试访问一个键时，Redis 会首先检查该键是否设置了过期时间。如果设置了过期时间，Redis 会在访问该键时检查它是否过期，如果过期了，则会在访问前删除该键并返回空值，否则会返回键对应的值。

在处理过期键时，Redis 使用定期删除（定时任务）和惰性删除相结合的策略：

1.定期删除： Redis 会周期性地（默认每秒钟检查10次）随机抽取一些设置了过期时间的键，并检查它们是否过期，如果过期则删除。这样可以确保过期的键会在一定时间内被及时清理。
2.惰性删除： 当客户端尝试访问一个键时，Redis 会在访问前检查该键是否过期，如果过期则会被删除。这样可以避免定期删除带来的性能开销，并且可以在键被访问时立即删除过期键，释放内存空间。

十、redis为什么快

1．内存存储:Redis将数据存储在内存中，实现了快速的读写操作。

2．单线程模型: Redis采用单线程处理请求，避免了多线程的竞争和上下文切换开销。

3．高效的数据结构:Redis内部使用了高效的数据结构，如哈希表、跳跃表等，提供了快速的数据访问和操作。

4．异步l0: Redis利用异步IO来处理网络请求，能够同时处理多个请求，提高并发性能。

5．事件驱动架构:Redis基于事件驱动的模型，通过事件循环机制处理请求和操作，提高系统的效率。

6．优化的操作:Redis对常用操作进行了优化，如批量操作和管道技术，减少了网络通信开销。
 

十一、redis集群

11.1、原理

Redis集群的原理主要包括分片和复制两个方面。

1. 分片（Sharding）：Redis集群使用分片来将数据分布在多个节点上。每个节点负责存储和处理一部分数据。分片有两种方式：

   • 哈希分片（Hash Sharding）：通过使用哈希算法将键分配到不同的节点上。通常使用CRC16算法计算键的哈希值，然后将哈希值对节点数量取模，确定键应该存储在哪个节点上。
   • 范围分片（Range Sharding）：将所有键按照一定的范围划分，并将每个范围分配给不同的节点。每个节点负责一个或多个范围的键。

2. 复制（Replication）：为了提高可用性和容错性，Redis集群还使用了复制机制。每个节点都可以有若干个从节点（Slave），从节点负责复制主节点（Master）上的数据。主节点和从节点之间通过异步复制进行数据同步，主节点将写操作记录在AOF或RDB文件中，并将这些操作发送给从节点进行执行。从节点会定期向主节点发送心跳请求，以检查主节点是否可用。当主节点不可用时，从节点会选举出一个新的主节点继续提供服务。

Redis集群还包括一些其他的机制来确保数据的可用性和一致性，比如故障检测和故障恢复机制。当节点发生故障时，集群会自动检测故障节点，并进行故障转移，将数据重新分配到其他正常节点上。同时，Redis集群还支持客户端的自动重定向，当客户端请求到达错误的节点时，节点会自动将请求重定向到正确的节点上。

11.2、配置redis集群的要求

1、redis的主机数量必须是单数，至少需要配置3台redis主机

2、redis的主机需要配置从机。配置redis集群至少需要6台redis服务器，其中3台主机，3台从机

11.3、判断redis集群是否失败的标准

1、如果集群中主机挂了，它如果没有配置从机。该节点无法访问，集群失败无法使用

2、如果集群中有一半以上的主机挂了，即使它们配置了从机，集群也是失败的

11.4、redis集群存储数据

        当配置redis集群中，集群中会产生16384个哈希槽（哈希槽用于具体存储数据），这些哈希槽会均分到 每一台主机上，当向redis集群存储数据时，redis存放数据是采用：键值对方式存储的。系统会对键采用一 种CRC16算法，将键转换成一个数值，然后系统用这个数值取模16384,会得到一个介于0~16383之间的值， 系统会判断这个值对应的哈希槽在哪一台主机上，就会自动切换到主机

这些哈希槽范围是: 0~16383

        假设有三台主机：

                第一台主机： 0 ~ 5000

                第二台主机： 5001 ~ 10000

                第三台主机： 10001~16383

十二、哨兵机制

Redis的哨兵机制是一种用于监控和自动故障转移的特性。它由一组称为哨兵(sentinel)的进程组成，这些哨兵进程负责监控Redis主服务器以及其相关的从服务器。

当主服务器出现故障时，哨兵会自动发现并将其中一个从服务器提升为新的主服务器，以确保服务的持续可用性。哨兵还能够监控Redis实例的健康状况，并在必要时执行故障转移操作。

哨兵机制的主要特点包括：

1. 监控：哨兵能够定期检查Redis实例的可用性，包括主服务器和从服务器。
2. 自动故障转移：当主服务器故障时，哨兵能够自动将其中一个从服务器提升为新的主服务器，并将其他从服务器重新配置为复制新的主服务器。
3. 配置提供者：哨兵可以作为配置提供者，将新的主服务器和从服务器的地址和端口信息通知给客户端。
4. 选举机制：哨兵使用选举机制来决定哪个从服务器能够成为新的主服务器。
5. 哨兵集群：多个哨兵进程可以组成一个哨兵集群，以提高可用性并避免单点故障。

使用哨兵机制可以让Redis实例具有更高的可用性和冗余性，当主服务器出现故障时能够快速进行故障转移，确保服务的持续可用性。

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