Redis面试复盘：从连接到扩容与数据定位的极致详解（含Java RedisTemplate交互）

Asthenian
140 阅读3分钟

Redis面试复盘：从连接到扩容与数据定位的极致详解（含RedisTemplate交互及底层剖析）

最近参加了一场Redis技术面试，面试官围绕Redis的核心机制提问，从请求连接到扩容策略，再到主从模式和数据定位，问题深入且全面。之前的复盘已涵盖大部分内容，但面试官特别要求对数据定位（问题6）和扩容后读数据（问题7）的底层实现进行剖析。这次，我将进一步完善内容，聚焦底层原理，加入RedisTemplate的Java交互实现，并确保每个环节都细致入微。以下是博客风格的超详细复盘，供准备Redis面试的你参考。

前置知识：什么是RESP协议？

在讲解连接过程前，先介绍RESP（Redis Serialization Protocol），它是Redis通信的核心协议。

  • 定义：RESP是Redis的文本序列化协议，用于客户端与服务器交互，以\r\n分隔。
  • 类型：
    • 简单字符串：+OK\r\n
    • 错误：-ERR message\r\n
    • 整数：:100\r\n
    • 批量字符串：$5\r\nhello\r\n
    • 数组：*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n
  • 作用：客户端编码命令，服务器解析并返回结果，Java客户端（如RedisTemplate）自动处理。

1. Redis从一次请求到服务器返回的连接过程（含RedisTemplate交互）

  • 客户端连接：
    • RedisTemplate通过JedisConnectionFactory建立TCP连接。
    • 代码： 
      import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory;

RedisTemplate<String, String> template = new StringRedisTemplate(new JedisConnectionFactory());
template.afterPropertiesSet();
System.out.println(template.getConnectionFactory().getConnection().ping()); // +PONG\r\n
  • 发送命令：template.opsForValue().set("key", "value")转为*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n。
  • 服务器解析与执行：单线程解析RESP，内存操作。
  • 响应返回：+OK\r\n，template解码。

2. Redis怎么做横向和纵向扩容，什么情况下做（含RedisTemplate适配）

  • 纵向：升级单节点，template更新host。
  • 横向：加节点，用Redis Cluster。
    • 代码： 
      import org.springframework.data.redis.connection.RedisClusterConfiguration;

RedisClusterConfiguration clusterConfig = new RedisClusterConfiguration();
clusterConfig.clusterNode("node1", 6379);
RedisTemplate<String, String> template = new StringRedisTemplate(new JedisConnectionFactory(clusterConfig));
  • 场景：内存满、QPS不足。

3. 两个Redis节点20G已满，横向还是纵向扩？子节点如何加入集群？

  • 横向：
    • 加2节点，用redis-cli --cluster add-node new_ip:6379 existing_ip:6379。
    • 子节点通过现有节点IP获取集群元数据（Gossip协议）。
    • 代码： 
      clusterConfig.clusterNode("new_ip", 6379);
template.opsForValue().set("key", "value");
  • redis-cli环境：任意可达节点的机器。

4. 主从模式两个主一定有两个从吗？

  • 不固定，灵活配置。
  • 代码： 
    RedisTemplate<String, String> master = new StringRedisTemplate(new JedisConnectionFactory("master", 6379));
RedisTemplate<String, String> slave = new StringRedisTemplate(new JedisConnectionFactory("slave", 6379));
master.opsForValue().set("key", "value");

5. 主节点能读吗？什么情况下读？

  • 可读，适用于从故障或强一致性。
  • 代码： 
    String value = master.opsForValue().get("key");

6. 数据怎么定位到哪个节点？（底层剖析）

Redis的数据定位取决于部署模式，这里剖析Redis Cluster的底层实现，并结合RedisTemplate。

  • 表面交互（RedisTemplate）：

    template.opsForValue().set("key", "value"); // 自动定位
String value = template.opsForValue().get("key");

  • 底层原理：

    • 分片机制：
      • Redis Cluster将数据分为16384个哈希槽（Hash Slots）。
      • 每个槽分配给一个主节点，存储在集群的槽映射表中。
    • 键到槽的计算：
      • 对键应用CRC16算法，取模16384。
      • 公式：slot = CRC16(key) % 16384。
      • 示例：CRC16("key")可能是12345，12345 % 16384 = 12345（若超出则取模）。
      • 哈希标签：{tag}key只对tag计算，确保相关键在同一槽。
    • 节点定位：
      • 每个节点维护槽映射表（如0-5460在node1，5461-10922在node2）。
      • 客户端发送命令时，底层（Jedis或Lettuce）查询本地缓存的映射。
    • 交互流程：
      1. RedisTemplate调用opsForValue().set("key", "value")。
      2. JedisConnectionFactory的RedisClusterConnection计算CRC16("key") % 16384。
      3. 检查槽映射，找到目标节点（如node1:6379）。
      4. 发送*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n。
    • 重定向：
      • 若槽不在当前节点，服务器返回-MOVED slot ip:port。
      • 示例：-MOVED 12345 192.168.1.2:6379。
      • RedisTemplate更新映射，重新发送。
    • 底层数据结构：
      • 节点用clusterState结构体维护槽和节点关系（C语言实现）。
      • 客户端缓存ClusterNode映射，定期通过CLUSTER SLOTS同步。

  • 代码验证：

    import org.springframework.data.redis.connection.RedisClusterConnection;

RedisClusterConnection connection = template.getConnectionFactory().getClusterConnection();
System.out.println(connection.clusterGetNodes()); // 查看节点

  • 手动分片：

    • 客户端用一致性哈希： 
      int slot = Math.abs("key".hashCode() % 2);
RedisTemplate<String, String> node = (slot == 0) ? node1Template : node2Template;
node.opsForValue().set("key", "value");

  • 关键点：

    • RedisTemplate屏蔽了底层复杂度，依赖Lettuce/Jedis实现槽定位。
    • 网络延迟或映射过期可能触发重定向。

7. 扩主节点后怎么知道数据从哪个节点读？（底层剖析）

扩容后数据分布变化，这里剖析底层如何更新并定位。

  • 表面交互（RedisTemplate）：

    clusterConfig.clusterNode("new_master", 6379);
String value = template.opsForValue().get("key"); // 自动适应

  • 底层原理：

    • 扩容过程：
      1. 新节点加入：redis-cli --cluster add-node new_ip:6379 existing_ip:6379。
      2. 槽迁移：redis-cli --cluster reshard，手动指定槽（如0-1000到新节点）。
      3. 数据迁移：源节点将键值对发送到目标节点（MIGRATE命令）。
      • 示例：MIGRATE new_ip 6379 "" 0 5000 KEYS key1 key2。
    • 槽映射更新：
      • 集群通过Gossip协议广播新映射。
      • 每个节点更新clusterState.slots（槽到节点的映射）。
    • 客户端感知：
      • RedisTemplate的JedisClusterConnection定期执行CLUSTER SLOTS。
      • 返回格式： 
        *3
*3
:0
:5460
*2
$9
192.168.1.1
:6379
*3
:5461
:10922
*2
$9
192.168.1.2
:6379
      • 更新本地缓存（如JedisClusterInfoCache）。
    • 读数据流程：
      1. template.opsForValue().get("key")。
      2. 计算CRC16("key") % 16384（如12345）。
      3. 查询缓存，若槽12345在新节点（new_ip:6379），发送*2\r\n$3\r\nGET\r\n$3\r\nkey\r\n。
      4. 若缓存过期，收到-MOVED，跳转新节点。
    • 从节点读：
      • 新主配从后，template连接从节点：
      JedisConnectionFactory slaveFactory = new JedisConnectionFactory(new RedisStandaloneConfiguration("slave_ip", 6379));
RedisTemplate<String, String> slaveTemplate = new StringRedisTemplate(slaveFactory);
slaveTemplate.getConnectionFactory().getConnection().readOnly();
String value = slaveTemplate.opsForValue().get("key");
      • 底层同步：从节点通过PSYNC从主拉取数据。

  • 关键点：

    • 底层依赖Gossip和CLUSTER SLOTS确保一致性。
    • RedisTemplate动态适应，无需手动干预。
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