Redis1.基本数据类型 2.什么是缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩 3.redis的过期删除策略 4.redis内存淘汰

1.基本数据类型

共6种，分别是字符串、链表linkedlist、字典hashtable、跳表skiplist、整数集合intset和压缩列表ziplist

基于以上的6种基本数据类型，封装了redis对象系统：字符串string、列表list、哈希表hash、集合set和有序集合zset

字符串：redis没有使用c语言的字符串，自己实现了简单动态字符串SDS（simple dynamic string），特点是

变量len记录字符串长度，获取字符串长度时间复杂度为O(1)

二进制安全，可以保存任何格式的数据

链表linkedlist：双向链表结构，每个节点都有前置节点指针和后置节点指针

哈希表hashtable：应该叫map，映射或者字典，使用hash表来实现。每个映射包含两个hash表，在rehash的时候使用。使用链地址法来解决哈希冲突，同一位置的节点构成一个链表。使用渐进式rehash，保证服务性能

跳表skiplist：跳表由zskiplist和zskiplistnode组成，zskiplist保存跳表信息，zskiplistnode表示表跳跃节点

整数数组intset：保存整型数值，不重复，由数组实现

压缩列表ziplist：为了节约内存而开发的结构，一个压缩列表包含多个节点，每个节点保存字节数组或者整数值

6种基本数据类型和5种数据结构的对应关系是

string：对应int、sds还有一种针对短字符串的embstr结构

list：对应linkedlist、ziplist

hash：对应hashtable、ziplist

set：对应intset、hashtable

zset：对应skiplist、ziplist

1.1 讲一下SDS

SDS（Simple Dynamic String，简单动态字符串）是redis默认采用的字符串，没有采用C语言的字符串

SDS结构体组成包括四个部分：len、alloc、flags、buf[]

len：已使用的数组长度

alloc：分配的数组长度

flags：标志位，低三位表示header类型，共5种类型（3位就可以表示，高五位没有使用）

buf[]：字符数组，存放字符串

优点：

获取字符串长度时间复杂度O(1)

防止缓冲区溢出：拼接之前会检查分配的数组长度是否够用

减少因为修改字符串带来的内存重新分配次数

空间预分配：小于1M，扩一倍；大于1M，扩1M

惰性空间释放：缩短字符串长度时不立即回收多出来的字节，剩余空间用于未来扩充字符串

二进制安全：可以存放各种格式的数据：图片、音频、视频、文件等

1.2 zset是如何实现的

// 待完成

1.3 数据结构的应用场景

// 待完成

2.什么是缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩

缓存击穿是指单个key的访问量过高，过期导致大量请求到达数据库

缓存穿透是指查询不存在缓存中的数据，导致每次访问都会到达数据库

缓存雪崩是指发生大规模的缓存失效，导致大量请求到达数据库

2.1 怎么解决缓存击穿

加锁更新：给key的并发请求加锁，同时去数据查询数据写入到缓存。后续其他的请求就可以通过缓存查询数据了

2.2 怎么解决缓存穿透

缓存穿透问题带来的风险是恶意穿透，通过发送大量不存在的数据，导致大量的请求到达数据库，造成系统崩溃

解决方式可以是缓存null值，对应不存在的key值，直接在缓存中返回null，不需要访问数据库，但这种方式只能解决一部分问题

还可以通过添加布隆过滤器，提前验证数据是否存在，对于不存在的数据可以提前处理，不需要访问数据库

2.2.1 介绍一下布隆过滤器

// 待完成

2.3 怎么解决缓存雪崩

设置不同的key过期时间

系统保护机制，包括限流、熔断、降级

2.3.1 介绍一下限流、熔断和降级

// 待完成

2.3.2 限流和熔断的对比

// 待完成

3.redis的过期删除策略

两种，分别是惰性删除和定期删除

惰性删除：查询key的时候才会检测key是否过期，过期的话直接删除，没过期就返回查询的结果

定期删除：顾名思义就是定期对数据库做一次检测，随机抽取一批key，对过期的数据直接删除。

4.redis内存淘汰机制

针对的是过期删除策略没有删除的数据，使用内存淘汰机制来删除

key分两种情况：有过期时间和所有的key，分别使用lru、random来组合

包括：volatile-lru、volatile-random、allkeys-lru、allkeys-random，除此之外还有volatile-ttl、noeviction，ttl表示删除将要过期的key，noeviction表示不删除key，禁止写入新数据。

版本更新新加了两种，引入了lfu算法，组合得到volatile-lfu和allkeys-lfu

4.1 介绍一下lru算法

// 待完成

4.2 手写lru代码

// 待完成

5.持久化方式

持久化是为了故障后数据恢复

有两种方式，分别是AOF和RDB

RDB：将某个时间点的数据库状态保存在RDB（Redis DataBase）文件中，RDB是一种压缩的二进制文件，可以用来恢复数据库数据

AOF：Append Only File，保存会更改数据的命令到AOF文件中，分为追加、写入、同步三个步骤。每个写命令后会把命令追加到缓冲区末尾，按照配置的持久化方式写入到AOF文件中，配置内容包括always、everysec、no三种

5.1 AOF和RDB的优缺点，分别适用的场景

// 待完成

5.2 AOF压缩方式，如何更加高效

6.redis事务

包括几个命令：MULTI、EXEC、DISCARD、WATCH

multi用来开始事务

exec用来提交事务

discard用来取消事务

watch在开启exec命令后，监听整个事务中的key是否有修改

6.1 redis事务和传统数据库事务的对比

redis不支持事务回滚，对于传统的acid，redis不支持原子性，特殊情况下可以实现持久性

使用AOF持久化模式，配置为always，则每条命令都保存在磁盘中，也能实现持久性

7.槽（slot）

redis数据库分成16384个slot

每个节点可以处理0~16384个slot

每个节点有一个slot数组，用来记录处理的槽。数组类型为char（注意是C语言的char，大小是1字节），长度为16384/8=2048字节，每bit对应一个slot

每个slot都有了对应的节点后，集群进入上线状态，客户端可以发送命令

客户端向节点发送命令

如果该节点正好对应处理那个slot，则执行命令

否则就会返回一个moved命令，指引客户端转向正确的节点，再次发送待处理的命令

8.IO多路复用

BIO

应用程序发起read调用后，会一直阻塞，直到内核把数据拷贝到应用程序

内核处理：准备数据、数据就绪、拷贝数据

NIO

应用程序在准备数据和数据就绪阶段，可以一直发起read调用

在从内核空间拷贝到用户空间的过程中，线程会被阻塞

IO多路复用模型

NIO需要一直read调用，查询准备结果，浪费CPU资源

改为select调用，准备好了后会返回就绪结果

IO多路复用支持的系统调用：select、epoll、avport、kqueue

选择器（Selector），也称为多路复用器

通过Selector，只需要一个线程，就可以管理多个客户端的连接

Reactor设计模式

// 待完成

select函数

// 待完成

epoll函数

// 待完成

参考1

参考2

参考3

9.redis实现分布式锁

分布式锁对应的概念是单机锁，分布式锁对应分布式系统，单机锁对应单进程系统

加锁命令：setnx（set if not exists），这样可以达到一个互斥的效果，多个进程在访问共享资源之前进行加锁操作

释放锁命令：del
9.1 这样做会导致什么问题，怎么解决？

死锁，当申请到锁的进程出现异常，没有释放锁，会导致其它进程无法访问该资源

解决方式是设置一个过期时间，使用命令：expire（读：x pi er）

9.2 这样就可以避免死锁了吗？

不是，仍然会出现死锁

setnx申请到锁后，执行expire命令失败

总的原因是两条命令不是原子操作

9.3 怎么解决这个问题？

使用set命令：set lock 1 ex 10 nx // ex：key过期时间，nx：not exists

9.4 还有没有其他问题？

有，锁误消除

进程A设置过期时间t，在t内未能完成任务，但却过期释放了锁

进程B申请锁成功，开始执行任务

进程A完成任务del锁，删除的是B的锁

9.5 怎么解决？

在删除锁之前判断是不是自己加的锁

可以使用线程ID，也可以是UUID

9.6 这样处理的坏处是什么？

会导致出现新的非原子性命令的问题

进程A判断锁是自己的

进程B申请到了锁

进程A释放了进程B的锁

需要保证判断命令给和释放命令是原子性的

9.7 解决方案？
lua（读：lu a）脚本
// 加锁
String uuid = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-","");
SET key uuid NX EX 30
// 解锁
if (redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1])
    then return redis.call('del', KEYS[1])
else return 0
end
9.8 如何合适地设置锁过期时间？

设置ID来判断是不是自己加的锁可以解决锁误删除的问题，但仍然会导致两个进程访问同一个资源

解决方式是合理地设置锁过期时间，设置守护线程，给要过期但未释放锁的进程延长过期时间
以上操作都是针对单机redis的分布式锁实现

但是在集群redis上仍然会出现问题

// 待完成

参考1

参考2

参考3

10.哨兵

// 待完成

11.redis集群

redis集群的组成是节点node

节点之间通过cluster meet（读：class ter）命令连接（构建一个包含多个节点的集群）

客户端发送cluster meet命令给节点A

A收到IP地址和端口号，向B发送meet消息

B收到meet消息，向A返回pong

A收到B的返回消息，向A返回ping消息，建立连接

节点A广播节点B的信息，集群的其他节点和B建立连接

12.redis为什么快

关键点：内存、C语言、单线程、IO多路复用

基于内存操作

由C语言实现，底层数据结构都经过优化

单线程，无上下文切换的成本

IO多路复用机制

Redis

1.基本数据类型

1.1 讲一下SDS

1.2 zset是如何实现的

1.3 数据结构的应用场景

2.什么是缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩

2.1 怎么解决缓存击穿

2.2 怎么解决缓存穿透

2.2.1 介绍一下布隆过滤器

2.3 怎么解决缓存雪崩

2.3.1 介绍一下限流、熔断和降级

2.3.2 限流和熔断的对比

3.redis的过期删除策略

4.redis内存淘汰机制

4.1 介绍一下lru算法

4.2 手写lru代码

5.持久化方式

5.1 AOF和RDB的优缺点，分别适用的场景

5.2 AOF压缩方式，如何更加高效

6.redis事务

6.1 redis事务和传统数据库事务的对比

7.槽（slot）

8.IO多路复用

9.redis实现分布式锁

10.哨兵

11.redis集群

12.redis为什么快

13.如何保证缓存一致性

14.如何基于redis设计秒杀系统

14.1 超卖问题如何解决

15.redis主从复制