Redis

数据类型

• String：最大512M，内容过大可以存入MonoDB或CDN缓存。序列化操作。
  • 应用：缓存，计数器
• Hash，单个value过大可以拆分，使用multiGet获取。可以部分更新。
  • 应用：代替String，优化存储。对象的各种属性不设置单独的key，而是存储到散列表中。
• set：集合
  • 去重
• zset：有序的集合，跳表，时间复杂度O（logN）
  • 排行榜
• List：队列
  • 社区应用
• HyperLogLog：基数统计，比如UV统计。
• Geo：存储地理位置信息。

常见命令

• keys：查询指定模式的key列表（会阻塞线程）
• scan：无阻塞，在客户端去重，整体花费的时间较长
• setnx：设置
• experie：设置过期时间（秒）
• persist：永久有效

高可用

• 哨兵：监控：检查主服务器是否运行正常；提醒：发送故障通知；自动故障迁移：主从切换。脑裂：配置从机数量与延迟时间。
• 集群：数据分散存储。
• 一致性Hash算法（沿着hash环顺时针定位到服务器）解决节点的动态增减导致数据缓存大量减少问题，虚拟节点解决数据倾斜问题。
• hash槽：redis cluster集群中，key通过CRC16校验对16384（集群的最大节点个数）取模来决定放置在哪个槽。master节点写入数据，slave节点同步数据。master节点挂掉，slave节点会通过选举机制选出新的master节点。

持久化策略

• RDB持久化：保存某个时间点的全量数据快照。

  • 优点：fork子进程完成写操作，主进程继续处理命令，保证了redis的高性能。
  • 缺点：安全性低，持久化期间redis故障数据会丢失。

• AOF持久化：保存除了查询以外更新数据库状态的指令。

  • 优点：

    • 数据安全，AOF持久化配置appendfsync为always，每进行一次命令操作就记录到AOF文件中一次。
    • 通过append写文件，中途服务器宕机，也可以通过redis-check-aof工具解决数据一致性问题。
    • AOF的rewrite模式。AOF没有被rewrite之前，可以删除其中的某些指令。

• 缺点：

  • 文件大，恢复慢，数据集较大时启动效率低。

同步策略

• 主从同步：初始化阶段全量同步，初始化之后增量同步（可以随时发起全量同步）；
• 快照同步：将内存数据映射到硬盘，恢复较快。

过期策略

• 定时删除：创建定时器
• 惰性删除：获取键时检查键是否过期，过期则删除。
• 定期删除：每隔一段时间定期检查，删除过期键。

淘汰机制

• volatile-lru：从已设置过期时间的数据集中淘汰最近最少使用的数据。
• volatile-ttl：从已设置过期时间的数据集中淘汰即将过期的数据。
• volatile-random：从已经设置过期时间的数据集中随机淘汰数据。
• allkeys-lru：从数据集中选择最近最少使用的数据淘汰。
• allkeys-random：从数据集中随机淘汰数据。
• no-enviction：禁止驱逐数据，永不回收。
• 使用策略的规则：
  • 如果数据呈现幂律分布（部分数据访问频率高），使用allkeys-lru
  • 如果数据呈现平等分布，使用allkeys-random

PipeLine的好处

• 如果pipeline执行的指令之间没有因果相关性，可以将多次IO往返的时间缩短为1次。

多路IO复用

• 基于react设计模式监听IO事件。

Redis是单线程还是多线程的

• 文件事件处理器=多个套接字+IO复用程序+文件事件分派器（单线程）+事件处理器
• Redis的瓶颈不在CPU，而在于内存和网络，通过搭建多个Redis实例解决。
• Redis 6.0在网络IO的处理方面上了多线程，核心的模块还是单线程的。

Redis为什么快

• 完全基于内存，查找数据的时间复杂度是O(1)
• 数据结构简单
• 单线程，避免线程上下文切换，锁的竞争，死锁
• 多路复用IO，非阻塞IO

保证缓存与数据库双写的一致性

• Cache aside pattern：读：先读缓存，再读数据库，更新缓存；写：先更新数据库，再删除缓存。
• 最初的缓存不一致问题：更新数据库，删除缓存（存在一致性问题）-->删除缓存，更新数据库（容易产生脏数据）。
• 高并发场景：一个队列对应一个工作线程，每个工作线程串行拿到对应的操作，然后一条一条的执行；完成数据库的修改之后更新缓存。
• 优化：可过滤多个在一起的缓存更新操作；读操作等待时间过长，直接从数据库读取旧的值。

缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩

• 缓存穿透：缓存和数据库中都没有的数据；解决方案：key与空值放入，设置较短的失效时间。布隆过滤器，多个无偏Hash函数得到位置。
• 缓存雪崩：缓存服务挂掉；解决方案：服务限流降级，多级缓存，预热。
• 缓存击穿：缓存中没有，数据库中有；解决方案：分布式锁，key不存在时进行set操作。

Redis做异步队列

• list结构作为队列，lpush生产消息，rpop消费消息。
• blpop，没有消息时阻塞直到消息到来。
• pub/sub主题订阅模式，通过subscribe和publish实现1：N的消息队列。消费者下线时，生产的消息会丢失，可以使用专业的消息队列。
• 实现延时队列：使用zset，时间戳作为score，消息内容作为key，zrangebyscore轮询时间戳在某个区间内的数据。

Redis做分布式锁

• setnx抢锁，抢锁之后expire给锁加过期时间防止锁忘记释放。
• 两者之间进程crash：通过setnx设置分布式锁时可以增加过期时间。