Redis

概述

Redis是一个开源、使用C语音编写、支持网络交互、内存中的key-value数据结构存储系统。它可以作为数据库、缓存和消息中间件。

它支持多种类型的数据结构，如字符串(String)、散列(hashes)、列表(list)、集合(set)、有序集合(sorted set)与范围查询，bitmaps，hyperloglogs和地理空间(geospatial)索引半径查询。

关系型数据库和非关系型数据库

关系型数据库

采用关系模型来组织数据的数据库，关系模型就是二维表格模型。一张二维表的表名就是关系，二维表中的第一行就是一条记录，二维表中的一列就是一个字段。

优点：

• 容易理解

• 使用方便，通用的sql语言

• 易于维护，丰富的完整性（实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性），大大降低了数据冗余和数据不一致的概率缺点

缺点：

• 磁盘I/O是并发的瓶颈

• 海量数据查询效率低

• 横向扩展困难，无法简单的通过添加硬件和服务节点来扩展性能和负载能力

• 当需要对数据库进行升级和扩展时，需要停机维护和数据迁移

• 多表的关联查询以及复杂的数据分析的复杂sql查询，性能欠佳。因为要保证ACID。

非关系型数据库

非关系型，分布式，一般不保证遵循ACID原则的数据存储系统。键值对存储，结构不稳定。

优点：

• 根据需要添加字段，不需要多表联查。仅需要id取出对应的value

• 严格上讲不是一种数据库，而是一种数据结构化存储方法的集合

缺点：

• 只适合存储一些较为简单的数据

• 不适合复杂查询的数据

• 不适合持久存储海量数据

Linux远程连接命令

 redis-cli -h HOST -p PORT -a PASSWD

HOST（ip 例：127.0.0.1）

PORT （端口号）

PASSWD （redis密码）

Redis数据类型

Redis支持的5种数据类型：

string（字符串）

hash（哈希）

list（列表）

set（集合）

zset（sorted set：有序集合）

String（字符串）

string是redis最基本的类型，一个key对应一个value。

string类型是二进制安全的。意思是Redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或序列化的对象。

string类型的值最大能存储512MB。

实例：

在以上实例中使用了Redis的SET和GET命令。键为name，对应的值是balun。

Hash（哈希）

redis hash是一个键值（key=>value）对集合。

redis hash是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象。

存的是字符串和字符串之间的映射，如L一个用户要存储全名、姓氏、年龄等等。

实例：

HMSET设置了两个filed=>value对，HGET获取对应field对应的value。

每个hash可以存储231-1 键值对（40多亿）。

常用指令：

• HLEN keyName （查看指定Hash表的键值对数量）

• HKEYS keyName （查看指定Hash表中的所有键）

• HVALS keyName （查看指定Hash表中的所有值）

• HGET keyName field （查看Hash表中指定键对应的值）

List（列表）

Redis列表是最简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列的头部或者尾部。

Set（集合）

Redis的Set是string类型的无序集合。

集合是通过哈希表实现的，所以添加、删除、查找的复杂度都是O(1)。

sadd命令

添加一个string元素到key对应的set集合中，成功返回1，如果元素已经在集合中，则返回0.

 sadd key member

实例：

以上实例中，Miss.Liu添加了两次，但根据集合内元素的唯一性，第二次插入的元素将被忽略。最大成员数为232 -1（约40多亿个）。

zset（sorted set：有序集合）

Redis zset和set一样也是string类型元素的集合，且不允许重复元素。

不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。Redis正是通过分数来为集合中的元素进行从小到大排序。

zset中的元素是唯一的，但分数可以重复。

zadd命令

添加元素到集合，元素在集合中存在则更新对应的分数（score）

 zadd key score member

实例：

设置失效时间

有时候我们并不希望redis的key一直存在。例如缓存、验证码等数据，我们希望它们在一定时间后自动销毁。redis提供了一些命令，能够对key设置过期时间，让key过期之后自动删除。

设置值时直接设置有效时间

EX表示以秒为单位

PX表示以毫秒为单位 EX和PX不区分大小写

 set name balun EX 30    设置失效时间为30秒
 ttl 查看剩余时间（秒）
 pttl    查看剩余时间（毫秒）

设置值后设置有效时间

 expire  （秒）
 pexpire （秒）

过期key删除策略

1.定时删除

在设置key的过期时间的同时，为该key创建一个定时器，让定时器在key过期时对key进行删除。

优点：

定时删除策略对内存是友好的，使用定时器可以保证过期键会尽快被删除，释放占用内存。

缺点：

对CPU不友好，在过期键比较多的情况下，删除过期键可能会占用一部分CPU时间，在内存不紧张但是CPU紧张的情况下，将CPU时间用在删除和当天任务无关的过期键上，无疑会对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。

创建一个定时器需要用到Redis服务器中的时间事件，而当前时间事件的实现方式——无序链表，查找一个事件的时间复杂度为O(N)，并不能高效处理大量时间事件。

2.惰性删除

每次从数据库获取key的时候去检查是否过期，如果过期，就删除该键，否则就返回该键。

优点：

惰性删除策略对CPU是有好的，程序会在获取键时才对键进行过期检查，并且删除的目标仅限于当前处理的键，这个策略不会再删除其他无关的过期键上花费CPU时间。

缺点：

对内存不友好，如果一个键以及过期，只要这个键不被删除，它所占用的内存就不会被释放。如果数据库有很多过期键，而这些过期键又没有被访问到的话，那么他们永远不会被删除，除非手动执行flushdb。

3.定期删除

每隔一段时间，程序就对数据库进行检查，删除里面的过期键。

优点：

定期删除策略是前两种策略的一种整合和折中：

• 定期删除策略每隔一段时间执行一次删除过期键的操作，并通过限制删除操作执行的时长和频率来减少操作对CPU时间的影响。

• 定期删除策略有效的减少了因为过期键而带来的内存浪费。

缺点：

• 如果删除操作执行的太频繁，或执行时间太长，定期删除策略就退化为定时删除策略，以至于CPU时间过多的消耗在删除过期键上。

• 如果删除操作执行的太少，或者执行的时间太短，定期删除策略又会和惰性删除策略一样，出现浪费内存的情况。

Redis采用的过期键删除策略

Redis服务器使用的是惰性删除和定期删除两种策略，通过配合使用这两种删除策略，服务器可以很好的合理利用CPU时间和避免浪费内存空间之间取得平衡。

主从复制

主从复制，是指将一台Redis服务器的数据，复制到其他Redis服务器。前者称为主节点（master），后者称为从节点（slave），数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点。

使用一个Redis实例作为主机，其余的作为备份机。主机和备份机的数据完全一致，主机支持数据的写入和读取各项操作，而从机则只支持与主机数据的同步和读取。也就是说客户端可以将数据写入主机中，由主机自动将数据的写入操作同步到从机。主从模式很好的解决了数据备份的问题，并且由于主从服务数据几乎是一致的，因而可以将写入数据的命令发送给主机执行，而读取数据的命令发送给不同的从机执行，从而达到读写分离的目的。

主从复制的作用主要包括：

1. 数据冗余：主从复制实现了数据的热备份，使持久化之外的一种数据冗余方式。

2. 故障恢复：当主节点出现问题时，可以有从节点提供服务，实现快速的故障恢复；实际上是一种服务的冗余。

3. 负载均衡：在主从机的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务（即写Redis数据时应用连接主节点，读Redis数据时应用连接从节点），分担服务器负载；尤其是在写少读多的场景下，通过多个从节点分担读负载，可以大大提高Redis服务器的并发量。

4. 高可用（集群）基石：除了上述作用以外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础，因此说主从复制是Redis高可用的基础。

哨兵机制

概述

哨兵模式是一种特殊的模式，首先Redis提供了哨兵的命令，哨兵是一个独立的进程，作为进程，它会独立运行。其原理是哨兵通过发送命令，等待Redis服务器响应，从而监控运行的多个Redis实例。

单哨兵

哨兵集群

缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩

缓存处理流程

前台请求，后台先从缓存中取数据，取到直接返回结果，取不到时从数据库中取，数据库取到更新缓存，并返回结果，数据库也没取到，那返回空结果。

缓存穿透

key对应的数据在数据库中并不存在，每次针对此key的请求从缓存中获取不到，请求都会到数据库，从而可能压垮数据库。比如：用一个不存在的用户id获取用户信息，不论缓存还是数据库都没有，若黑客利用此漏洞进行攻击，可能压垮数据库。（数据库没有，缓存没有）

解决办法：

1. 使用布隆过滤器（BloomFilter）或压缩filter提前拦截。

2. 将这个空对象设置到缓存中取。下次在请求的时候直接从缓存中获取。（这种情况我们一般会将空对象设置一个较短的过期时间）。

3. 拉黑该IP地址。

4. 对参数进行校验，不合法参数进行拦截。

缓存击穿

某个key对应的数据库中存在，但是在redis中的某个时间节点过期了，此时若有大量并发请求过来，这些请求发现缓存过期，都会从后端DB加载数据并回设到缓存，这时大量并发请求可能会瞬间把后端DB压垮。（热点key突然过期）

解决办法：

1. 热点数据设置永不过期。

2. 加上互斥锁：上面的现象是多个线程同时取查询数据库的这条数据，那么我们可以在第一个查询数据的请求上使用一个互斥锁来锁住它。其它的线程走到这一步拿不到锁就等待，等第一个线程查询到了数据，然后将数据放到Redis缓存起来，后面的线程进来发现以及有缓存了，就直接走缓存。

缓存雪崩

在高并发的情况下，大量的缓存失效，或者缓存层出现故障。于是所有的请求都会到达数据库，数据库的调用量暴增，造成数据库挂掉的情况。（大量缓存失效）

解决办法：

1. 随机设置key失效时间，避免大量key集体失效。

2. 若是集群部署，可将热点数据均匀分布在不同的Redis库中，也能避免key全部失效的问题。

3. 不设置过期时间。

4. 跑定时任务，在缓存失效前刷进新的缓存。

总结

雪崩是大面积的key缓存失效，穿透是Redis缓存里不存在的key，击穿是Redis某个热点key突然失效。

对于Redis宕机的情况，可以有以下思路：

事发前： 实现Redis的高可用（主从架构+哨兵）。尽量避免Redis挂掉。 事发中： 万一Redis挂了，可以设置本地缓存+限流。尽量避免数据库垮掉。 事发后： Redis持久化，重启后自动从磁盘加载数据，快速恢复缓存数据。

常见面试题

什么是Redis？

Redis是完全开源免费、遵守BSD协议的一个高性能key-value数据库。

Redis与其它key-value缓存产品有以下三个特点：

1. Redis支持数据持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载使用。

2. Redis不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list、set、zset、hash等数据结构的存储。

3. Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。

Redis的优势？

1. 性能高

2. 丰富的数据类型（Redis支持二进制案例的string、list、set、hash、zset等数据类型操作）。

3. 原子性（Redis所有操作都是原子性的，就是要么成功执行要么失败完全不执行。单个操作也是原子性的。多个操作也支持事务）。

4. 丰富的特性（Redis还支持publish/subscribe、通知、key过期等特性）。

Redis的数据类型？

Redis支持5种数据类型：string、hash、list、set及zset（有序集合）。

实际项目中比较常用的是string，hash。

使用Redis有哪些好处？

1. 速度快，因为数据存在内存中，类似HashMap，HashMap的优势就是查找和操作时间复杂度都是O(1)。

2. 支持丰富的数据类型，string、list、hash、set、zset等。

3. 支持事务，操作都是原子性。

4. 丰富的特性：可用于缓存、消息、设置key过期时间。

Redis是单进程单线程的？

Redis是单进程单线程的，redis团队利用技术将并发访问变为串行访问，消除了传统数据串行控制的开销。

一个字符串类型的值能存储最大容量是多少？

512M

持久化

什么是持久化？

持久化就是把内存的数据写到磁盘中去，防止服务宕机后内存数据丢失。

Redis的持久化机制是什么？各自的优缺点？

Redis提供了两种持久化机制RDB（默认）和AOF机制：

RDB：是Redis DataBase缩写快照

RDB是Redis默认的持久化方式。按照一定时间将内存的数据以快照的形式保存在硬盘中，对应产生的数据文件为dump.rdb。通过配置文件中的save参数来定义快照的周期。

优点：

1. 只有一个文件dump.rdb，方便持久化。

2. 容灾性好，一个文件可以保存到安全的磁盘。

3. 性能最大化，fork子进程来完成写操作，让主进程继续处理命令，所以是IO最大化。使用单独子进程进行持久化，主进程不会进行任何IO操作，保证了Redis的高性能。

4. 相对于数据集大时，比AOF的启动效率更高。

缺点：数据安全性低。RDB是间隔一段时间进行持久化，如果持久化之前redis发生故障，会发生数据丢失。所以这种方式更适合数据要求不严谨的时候。

AOF：持久化

AOF持久化（Append only file)，则是将Redis执行的每次写命令记录到单独的日志文件中，当重启Redis会重新将持久化的日志中文件恢复数据。

当两种方式同时开启时，数据恢复Redis会优先选择AOF恢复。

优点：

1. 数据安全，AOF持久化可以配置appendfsync属性，有always，每进行一次命令操作就记录到aof文件中一次。

2. 通过append模式写文件，即使中途宕机，可以通过redis-check-aof工具解决数据一致性问题。

3. AOF机制的rewrite模式。AOF文件没被rewrite之前（文件过大时会对命令进行合并重写），可以删除其中的某些命令（比如误操作的flushall）。

缺点：

1. AOF文件比RDB文件大，且恢复速度慢。

2. 数据集大的时候，比RDB启动效率低。