Redis是什么
Redis是C语言开发的一个开源的(遵从BSD协议)高性能键值对(key-value)的内存数据库,可以用作数据库、缓存、消息中间件等。
它是一种NoSQL (not-only sql,泛指非关系型数据库)的数据库。
Redis作为一个内存数据库:
●性能优秀,数据在内存中,读写速度非常快，支持并发10W QPS。
●单进程单线程,是线程安全的，采用10多路复用机制。
●丰富的数据类型,支持字符串(strings).散列(hashes)、列表(lists)、集合(sets)、有序集合(sorted sets)等。
●支持数据持久化。 可以将内存中数据保存在磁盘中,重启时加载。
●主从复制,哨兵,高可用。
●可以用作分布式锁。
●可以作为消息中间件使用,支持发布订阅。
五种数据类型
首先Redis内部使用-一个redisObject对象来表示所有的key和value。
redisObject最主要的信息如上图所示:type表示一个value 对象具体是何种数据类型, encoding是不同数据类型在Redis内部的存储方式。
比如:type=string表示value存储的是一个普通字符串,那么encoding可以是raw或者int。
下面我简单说下5种数据类型:
①String是Redis最基本的类型,可以理解成与Memcached一模一样的类型,一个Key对应一个ValueValue不仅是String,也可以是数字。
String类型是二进制安全的,意思是Redis 的String类型可以包含任何数据,比如jpg图片或者序列化的对象。String类型的值最大能存储512M。
②Hash是一个键值(key-value)的集合。Redis的Hash是一个String 的Key和Value的映射表, Hash特别适合存储对象。常用命令: hget, hset,hgetall等。
③List列表是简单的字符串列表,按照插入顺序排序。可以添加一个元素到列表的头部(左边)或者尾部(右边)常用命令:lpush. rpush. lpop. rpop. lrange (获取列表片段)等。
应用场景:List应用场景非常多,也是Redis最重要的数据结构之一,比如Twitter的关注列表,粉丝列表都可以用List结构来实现。
数据结构:List就是链表,可以用来当消息队列用。Redis提供了List的Push和Pop操作,还提供了操作某一段的API,可以直接查询或者删除某一段的元素。
实现方式:RedisList的是实现是-一个双向链表,既可以支持反向查找和遍历,更方便操作,不过带来了额外的内存开销。
④Set是String类型的无序集合。集合是通过hashtable实现的。Set中的元素是没有顺序的，而且是没有重复的。常用命令:sdd、spop. smembers. sunion等。
应用场景: Redis Set对外提供的功能和List一样是一个列表,特殊之处在于Set是自动去重的，而且Set提供了判断某个成员是否在一个Set集合中。
⑤Zset和Set一样是String类型元素的集合,且不允许重复的元素。常用命令:zadd. zrange. zrem、zcard等。
使用场景:SortedSet可以通过用户额外提供一个优先级(score)的参数来为成员排序,并且是插入有序的,即自动排序。
当你需要一个有序的并且不重复的集合列表,那么可以选择Sorted Set结构。
和Set相比, Sorted Set关联了一个Double类型权重的参数Score, 使得集合中的元素能够按照Score进行有序排列,Redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。
实现方式:RedisSortedSet的内部使用HashMap和跳跃表(skipList)来保证数据的存储和有序,HashMap里放的是成员到Score的映射。
而跳跃表里存放的是所有的成员,排序依据是HashMap里存的Score,使用跳跃表的结构可以获得比较高的查找效率,并且在实现上比较简单。
数据类型应用场景总结:
Redis缓存
直接通过Redis Template来使用,使用Spring Cache集成Redis pom .xml中加入以下依赖:
**spring-boot-starter-data-redis:**在Spring Boot 2.x以后底层不再使用Jedis,而是换成了Lettuce。
**com mons-pool2:**用作Redis连接池,如不引入启动会报错。
spring-session-data-redis: Spring Session引入,用作共享Session。
配置文件application.yml的配置:
缓存问题
缓存和数据库数据一致性问题:分布式环境下非常容易出现缓存和数据库间数据-致性问题,针对这一点,如果项目对缓存的要求是强一致性的,那么就不要使用缓存。
我们只能采取合适的策略来降低缓存和数据库间数据不一致的概率,而无法保证两者间的强一致性。
合适的策略包括合适的缓存更新策略,更新数据库后及时更新缓存、缓存失败时增加重试机制。
面试官:Redis雪崩了解吗?
目前电商首页以及热点数据都会去做缓存,一般缓存都是定时任务去刷新,或者查不到之后去更新缓存的,定时任务刷新就有一个问题。
举个栗子:如果首页所有Key的失效时间都是12小时,中午12点刷新的,我零点有个大促活动大量用户涌入，假设每秒6000个请求,本来缓存可以抗住每秒5000个请求,但是缓存中所有Key都失效了。
此时6000个/秒的请求全部落在了数据库上,数据库必然扛不住,真实情况可能DBA都没反应过来直接挂了。
此时,如果没什么特别的方案来处理,DBA很着急,重启数据库,但是数据库立马又被新流量给打死了。这就是我理解的缓存雪崩。
Redis为何这么快
官方提供的数据可以达到100000+的QPS (每秒内的查询次数) ,这个数据不比Memcached差!
Redis是单线程的,为什么还能这么快吗?
我:可以这么说吧，总结一下有如下四点:
●Redis完全基于内存,绝大部分请求是纯粹的内存操作,非常迅速，数据存在内存中,类似于HashMap,HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度是0(1)。
●数据结构简单,对数据操作也简单。
●采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件,不存在多线程导致的CPU切换，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作,没有死锁问题导致的性能消耗。
●使用多路复用10模型,非阻塞10。
Redis和Memcached的区别
选择Redis的缓存方案而不用Memcached
原因有如下四点:
●存储方式上:Memcache会把数据全部存在内存之中,断电后会挂掉,数据不能超过内存大小。Redis有部分数据存在硬盘上,这样能保证数据的持久性。
●数据支持类型上:Memcache对数据类型的支持简单,只支持简单的key-value,而Redis支持五种数据类型。
●使用底层模型不同:它们之间底层实现方式以及与客户端之间通信的应用协议不一样。Redis直接自己构建了VM机制，因为一般的系统调用系统函数的话,会浪费一定的时间去移动和请求。
●Value的大小:Redis可以达到1GB,而Memcache只有1MB。
淘汰策略
Redis有六种淘汰策略,如下图:
补充一下:Redis 4.0加入了LFU (least frequency use)淘汰策略,包括volatile-lfu和alkeys-lfu,通过统计访问频率,将访问频率最少,即最不经常使用的KV淘汰。
持久化
Redis为了保证效率,数据缓存在了内存中,但是会周期性的把更新的数据写入磁盘或者把修改操作写入追加的记录文件中,以保证数据的持久化。
Redis的持久化策略有两种:
●RDB:快照形式是直接把内存中的数据保存到一个dump的文件中，定时保存,保存策略。
●AOF:把所有的对Redis的服务器进行修改的命令都存到一个文件里,命令的集合。Redis默认是快照RDB的持久化方式。
当Redis重启的时候，它会优先使用AOF文件来还原数据集,因为AOF文件保存的数据集通常比RDB文件所保存的数据集更完整。你甚至可以关闭持久化功能，让数据只在服务器运行时存。
RDB是怎么工作的?
默认Redis是会以快照"RDB"的形式将数据持久化到磁盘的一个二进制文件dump.rdb。,
工作原理简单说一下:当Redis需要做持久化时,Redis会fork 一个子进程,子进程将数据写到磁盘上一个临时RDB文件中。
当子进程完成写临时文件后,将原来的RDB替换掉,这样的好处是可以copy-on-write。
RDB的优点是:这种文件非常适合用于备份:比如，你可以在最近的24小时内,每小时备份一次,并且在每个月的每一天也备份一个RDB文件。
这样的话，即使遇上问题，也可以随时将数据集还原到不同的版本。RDB非常适合灾难恢复。
RDB的缺点是:如果你需要尽量避免在服务器故障时丢失数据,那么RDB不合适你。
哨兵
主从复制会存在哪些问题
●一旦主节点宕机,从节点晋升为主节点,同时需要修改应用方的主节点地址,还需要命令所有从节点去复制新的主节点,整个过程需要人工干预。
●主节点的写能力受到单机的限制。
●主节点的存储能力受到单机的限制。
●原生复制的弊端在早期的版本中也会比较突出，比如:Redis复制中断后,从节点会发起psync。
此时如果同步不成功,则会进行全量同步,主库执行全量备份的同时,可能会造成亳秒或秒级的卡顿。
哨兵有哪些功能?
如图,是Redis Sentinel(哨兵)的架构图。Redis Sentinel (哨兵)主要功能包括主节点存活检测、主从运行情况检测、自动故障转移、主从切换。
Redis Sentinel最小配置是一主一从。Redis的Sentinel系统可以用来管理多个Redis服务器。
该系统可以执行以下四个任务:
●监控:不断检查主服务器和从服务器是否正常运行。
●通知:当被监控的某个Redis服务器出现问题,Sentinel通过API脚本向管理员或者其他应用程序发出通知。
●自动故障转移:当主节点不能正常工作时, Sentinel 会开始一次自动的故障转移操作,它会将与失效主节点是主从关系的其中一个从节点升级为新的主节点,并且将其他的从节点指向新的主节点,这样人工干预就可以免了。
●配置提供者:在RedisSentinel模式下,客户端应用在初始化时连接的是Sentinel节点集合,从中获取主节点的信息
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