Redis是什么

今天，“我”不自量力的面試了某大廠的 Java 開發(fā)崗位，迎面走來一位風(fēng)塵仆仆的中年男子，手里拿著屏幕還亮著的 Mac。他沖著我禮貌的笑了笑，然后說了句“不好意思，讓你久等了”，然后示意我坐下，說：“我們開始吧，看了你的簡歷，覺得你對 Redis 應(yīng)該掌握的不錯，我們今天就來討論下 Redis……”。我想：“來就來，兵來將擋水來土掩”。

Redis 是什么

面試官：你先來說下 Redis 是什么吧！

我：（這不就是總結(jié)下 Redis 的定義和特點嘛）Redis 是 C 語言開發(fā)的一個開源的（遵從 BSD 協(xié)議）高性能鍵值對（key-value）的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，可以用作數(shù)據(jù)庫、緩存、消息中間件等。

它是一種 NoSQL（not-only sql，泛指非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）的數(shù)據(jù)庫。

我頓了一下，接著說，Redis 作為一個內(nèi)存數(shù)據(jù)庫：

性能優(yōu)秀，數(shù)據(jù)在內(nèi)存中，讀寫速度非?？欤С植l(fā) 10W QPS。

單進(jìn)程單線程，是線程安全的，采用 IO 多路復(fù)用機制。

豐富的數(shù)據(jù)類型，支持字符串（strings）、散列（hashes）、列表（lists）、集合（sets）、有序集合（sorted sets）等。

支持?jǐn)?shù)據(jù)持久化。

可以將內(nèi)存中數(shù)據(jù)保存在磁盤中，重啟時加載。

主從復(fù)制，哨兵，高可用。

可以用作分布式鎖。

可以作為消息中間件使用，支持發(fā)布訂閱。

五種數(shù)據(jù)類型

面試官：總結(jié)的不錯，看來是早有準(zhǔn)備啊。剛來聽你提到 Redis 支持五種數(shù)據(jù)類型，那你能簡單說下這五種數(shù)據(jù)類型嗎？

我：當(dāng)然可以，但是在說之前，我覺得有必要先來了解下 Redis 內(nèi)部內(nèi)存管理是如何描述這 5 種數(shù)據(jù)類型的。

說著，我拿著筆給面試官畫了一張圖：

我：首先 Redis 內(nèi)部使用一個 redisObject 對象來表示所有的 key 和 value。 redisObject 最主要的信息如上圖所示：type 表示一個 value 對象具體是何種數(shù)據(jù)類型，encoding 是不同數(shù)據(jù)類型在 Redis 內(nèi)部的存儲方式。 比如：type=string 表示 value 存儲的是一個普通字符串，那么 encoding 可以是 raw 或者 int。

我頓了一下，接著說，下面我簡單說下 5 種數(shù)據(jù)類型：

①String 是 Redis 最基本的類型，可以理解成與 Memcached一模一樣的類型，一個 Key 對應(yīng)一個 Value。Value 不僅是 String，也可以是數(shù)字。

String 類型是二進(jìn)制安全的，意思是 Redis 的 String 類型可以包含任何數(shù)據(jù)，比如 jpg 圖片或者序列化的對象。String 類型的值最大能存儲 512M。

②Hash是一個鍵值（key-value）的集合。Redis 的 Hash 是一個 String 的 Key 和 Value 的映射表，Hash 特別適合存儲對象。常用命令：hget，hset，hgetall 等。

③List 列表是簡單的字符串列表，按照插入順序排序?？梢蕴砑右粋€元素到列表的頭部（左邊）或者尾部（右邊） 常用命令：lpush、rpush、lpop、rpop、lrange（獲取列表片段）等。 應(yīng)用場景：List 應(yīng)用場景非常多，也是 Redis 最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，比如 Twitter 的關(guān)注列表，粉絲列表都可以用 List 結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：List 就是鏈表，可以用來當(dāng)消息隊列用。Redis 提供了 List 的 Push 和 Pop 操作，還提供了操作某一段的 API，可以直接查詢或者刪除某一段的元素。

實現(xiàn)方式：Redis List 的是實現(xiàn)是一個雙向鏈表，既可以支持反向查找和遍歷，更方便操作，不過帶來了額外的內(nèi)存開銷。 ④Set 是 String 類型的無序集合。集合是通過 hashtable 實現(xiàn)的。Set 中的元素是沒有順序的，而且是沒有重復(fù)的。常用命令：sdd、spop、smembers、sunion 等。

應(yīng)用場景：Redis Set 對外提供的功能和 List 一樣是一個列表，特殊之處在于 Set 是自動去重的，而且 Set 提供了判斷某個成員是否在一個 Set 集合中。

⑤Zset 和 Set 一樣是 String 類型元素的集合，且不允許重復(fù)的元素。常用命令：zadd、zrange、zrem、zcard 等。

使用場景：Sorted Set 可以通過用戶額外提供一個優(yōu)先級（score）的參數(shù)來為成員排序，并且是插入有序的，即自動排序。

當(dāng)你需要一個有序的并且不重復(fù)的集合列表，那么可以選擇 Sorted Set 結(jié)構(gòu)。

和 Set 相比，Sorted Set關(guān)聯(lián)了一個 Double 類型權(quán)重的參數(shù) Score，使得集合中的元素能夠按照 Score 進(jìn)行有序排列，Redis 正是通過分?jǐn)?shù)來為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序。

實現(xiàn)方式：Redis Sorted Set 的內(nèi)部使用 HashMap 和跳躍表（skipList）來保證數(shù)據(jù)的存儲和有序，HashMap 里放的是成員到 Score 的映射。

而跳躍表里存放的是所有的成員，排序依據(jù)是 HashMap 里存的 Score，使用跳躍表的結(jié)構(gòu)可以獲得比較高的查找效率，并且在實現(xiàn)上比較簡單。

數(shù)據(jù)類型應(yīng)用場景總結(jié)：

面試官：想不到你平時也下了不少工夫，那 Redis 緩存你一定用過的吧？ 我：用過的。

面試官：那你跟我說下你是怎么用的？

我是結(jié)合 Spring Boot 使用的。一般有兩種方式，一種是直接通過 RedisTemplate 來使用，另一種是使用 Spring Cache 集成 Redis（也就是注解的方式）。

Redis 緩存

直接通過 RedisTemplate 來使用，使用 Spring Cache 集成 Redis pom.xml 中加入以下依賴：

org.springframework.boot spring-boot-starter-data-redis org.apache.commons commons-pool2 org.springframework.boot spring-boot-starter-web org.springframework.session spring-session-data-redis org.projectlombok lombok true org.springframework.boot spring-boot-starter-test test

spring-boot-starter-data-redis：在 Spring Boot 2.x 以后底層不再使用 Jedis，而是換成了 Lettuce。

commons-pool2：用作 Redis 連接池，如不引入啟動會報錯。

spring-session-data-redis：Spring Session 引入，用作共享 Session。

配置文件 application.yml 的配置：

server: port:8082 servlet: session: timeout:30ms spring: cache: type:redis redis: host:127.0.0.1 port:6379 password: #redis默認(rèn)情況下有16個分片，這里配置具體使用的分片，默認(rèn)為0 database:0 lettuce: pool: #連接池最大連接數(shù)(使用負(fù)數(shù)表示沒有限制),默認(rèn)8 max-active:100

創(chuàng)建實體類 User.java：

publicclassUserimplementsSerializable{ privatestaticfinallongserialVersionUID=662692455422902539L; privateIntegerid; privateStringname; privateIntegerage; publicUser(){ } publicUser(Integerid,Stringname,Integerage){ this.id=id; this.name=name; this.age=age; } publicIntegergetId(){ returnid; } publicvoidsetId(Integerid){ this.id=id; } publicStringgetName(){ returnname; } publicvoidsetName(Stringname){ this.name=name; } publicIntegergetAge(){ returnage; } publicvoidsetAge(Integerage){ this.age=age; } @Override publicStringtoString(){ return"User{"+ "id="+id+ ",name='"+name+'''+ ",age="+age+ '}'; } }

RedisTemplate 的使用方式

默認(rèn)情況下的模板只能支持 RedisTemplate，也就是只能存入字符串，所以自定義模板很有必要。

添加配置類 RedisCacheConfig.java：

@Configuration @AutoConfigureAfter(RedisAutoConfiguration.class) publicclassRedisCacheConfig{ @Bean publicRedisTemplateredisCacheTemplate(LettuceConnectionFactoryconnectionFactory){ RedisTemplatetemplate=newRedisTemplate<>(); template.setKeySerializer(newStringRedisSerializer()); template.setValueSerializer(newGenericJackson2JsonRedisSerializer()); template.setConnectionFactory(connectionFactory); returntemplate; } }

測試類：

@RestController @RequestMapping("/user") publicclassUserController{ publicstaticLoggerlogger=LogManager.getLogger(UserController.class); @Autowired privateStringRedisTemplatestringRedisTemplate; @Autowired privateRedisTemplateredisCacheTemplate; @RequestMapping("/test") publicvoidtest(){ redisCacheTemplate.opsForValue().set("userkey",newUser(1,"張三",25)); Useruser=(User)redisCacheTemplate.opsForValue().get("userkey"); logger.info("當(dāng)前獲取對象：{}",user.toString()); }

然后在瀏覽器訪問，觀察后臺日志 http://localhost:8082/user/test

使用 Spring Cache 集成 Redis

Spring Cache 具備很好的靈活性，不僅能夠使用 SPEL（spring expression language）來定義緩存的 Key 和各種 Condition，還提供了開箱即用的緩存臨時存儲方案，也支持和主流的專業(yè)緩存如 EhCache、Redis、Guava 的集成。 定義接口 UserService.java：

publicinterfaceUserService{ Usersave(Useruser); voiddelete(intid); Userget(Integerid); }

接口實現(xiàn)類 UserServiceImpl.java：

@Service publicclassUserServiceImplimplementsUserService{ publicstaticLoggerlogger=LogManager.getLogger(UserServiceImpl.class); privatestaticMapuserMap=newHashMap<>(); static{ userMap.put(1,newUser(1,"肖戰(zhàn)",25)); userMap.put(2,newUser(2,"王一博",26)); userMap.put(3,newUser(3,"楊紫",24)); } @CachePut(value="user",key="#user.id") @Override publicUsersave(Useruser){ userMap.put(user.getId(),user); logger.info("進(jìn)入save方法，當(dāng)前存儲對象：{}",user.toString()); returnuser; } @CacheEvict(value="user",key="#id") @Override publicvoiddelete(intid){ userMap.remove(id); logger.info("進(jìn)入delete方法，刪除成功"); } @Cacheable(value="user",key="#id") @Override publicUserget(Integerid){ logger.info("進(jìn)入get方法，當(dāng)前獲取對象：{}",userMap.get(id)==null?null:userMap.get(id).toString()); returnuserMap.get(id); } }

為了方便演示數(shù)據(jù)庫的操作，這里直接定義了一個 Map userMap。 這里的核心是三個注解：

@Cachable

@CachePut

@CacheEvict

測試類：UserController

@RestController @RequestMapping("/user") publicclassUserController{ publicstaticLoggerlogger=LogManager.getLogger(UserController.class); @Autowired privateStringRedisTemplatestringRedisTemplate; @Autowired privateRedisTemplateredisCacheTemplate; @Autowired privateUserServiceuserService; @RequestMapping("/test") publicvoidtest(){ redisCacheTemplate.opsForValue().set("userkey",newUser(1,"張三",25)); Useruser=(User)redisCacheTemplate.opsForValue().get("userkey"); logger.info("當(dāng)前獲取對象：{}",user.toString()); } @RequestMapping("/add") publicvoidadd(){ Useruser=userService.save(newUser(4,"李現(xiàn)",30)); logger.info("添加的用戶信息：{}",user.toString()); } @RequestMapping("/delete") publicvoiddelete(){ userService.delete(4); } @RequestMapping("/get/{id}") publicvoidget(@PathVariable("id")StringidStr)throwsException{ if(StringUtils.isBlank(idStr)){ thrownewException("id為空"); } Integerid=Integer.parseInt(idStr); Useruser=userService.get(id); logger.info("獲取的用戶信息：{}",user.toString()); } }

用緩存要注意，啟動類要加上一個注解開啟緩存：

@SpringBootApplication(exclude=DataSourceAutoConfiguration.class) @EnableCaching publicclassApplication{ publicstaticvoidmain(String[]args){ SpringApplication.run(Application.class,args); } }

①先調(diào)用添加接口：http://localhost:8082/user/add

②再調(diào)用查詢接口，查詢 id=4 的用戶信息：

可以看出，這里已經(jīng)從緩存中獲取數(shù)據(jù)了，因為上一步 add 方法已經(jīng)把 id=4 的用戶數(shù)據(jù)放入了 Redis 緩存 3、調(diào)用刪除方法，刪除 id=4 的用戶信息，同時清除緩存：

④再次調(diào)用查詢接口，查詢 id=4 的用戶信息：

沒有了緩存，所以進(jìn)入了 get 方法，從 userMap 中獲取。

緩存注解

①@Cacheable

根據(jù)方法的請求參數(shù)對其結(jié)果進(jìn)行緩存：

Key：緩存的 Key，可以為空，如果指定要按照 SPEL 表達(dá)式編寫，如果不指定，則按照方法的所有參數(shù)進(jìn)行組合。

Value：緩存的名稱，必須指定至少一個（如 @Cacheable (value='user')或者 @Cacheable(value={'user1','user2'})）

Condition：緩存的條件，可以為空，使用 SPEL 編寫，返回 true 或者 false，只有為 true 才進(jìn)行緩存。

②@CachePut

根據(jù)方法的請求參數(shù)對其結(jié)果進(jìn)行緩存，和 @Cacheable 不同的是，它每次都會觸發(fā)真實方法的調(diào)用。參數(shù)描述見上。

③@CacheEvict

根據(jù)條件對緩存進(jìn)行清空：

Key：同上。

Value：同上。

Condition：同上。

allEntries：是否清空所有緩存內(nèi)容，缺省為 false，如果指定為 true，則方法調(diào)用后將立即清空所有緩存。

beforeInvocation：是否在方法執(zhí)行前就清空，缺省為 false，如果指定為 true，則在方法還沒有執(zhí)行的時候就清空緩存。缺省情況下，如果方法執(zhí)行拋出異常，則不會清空緩存。

緩存問題

面試官：看了一下你的 Demo，簡單易懂。那你在實際項目中使用緩存有遇到什么問題或者會遇到什么問題你知道嗎？

我：緩存和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一致性問題：分布式環(huán)境下非常容易出現(xiàn)緩存和數(shù)據(jù)庫間數(shù)據(jù)一致性問題，針對這一點，如果項目對緩存的要求是強一致性的，那么就不要使用緩存。

我們只能采取合適的策略來降低緩存和數(shù)據(jù)庫間數(shù)據(jù)不一致的概率，而無法保證兩者間的強一致性。

合適的策略包括合適的緩存更新策略，更新數(shù)據(jù)庫后及時更新緩存、緩存失敗時增加重試機制。 面試官：Redis 雪崩了解嗎？

我：我了解的，目前電商首頁以及熱點數(shù)據(jù)都會去做緩存，一般緩存都是定時任務(wù)去刷新，或者查不到之后去更新緩存的，定時任務(wù)刷新就有一個問題。

舉個栗子：如果首頁所有 Key 的失效時間都是 12 小時，中午 12 點刷新的，我零點有個大促活動大量用戶涌入，假設(shè)每秒 6000 個請求，本來緩存可以抗住每秒 5000 個請求，但是緩存中所有 Key 都失效了。

此時 6000 個/秒的請求全部落在了數(shù)據(jù)庫上，數(shù)據(jù)庫必然扛不住，真實情況可能 DBA 都沒反應(yīng)過來直接掛了。

此時，如果沒什么特別的方案來處理，DBA 很著急，重啟數(shù)據(jù)庫，但是數(shù)據(jù)庫立馬又被新流量給打死了。這就是我理解的緩存雪崩。

我心想：同一時間大面積失效，瞬間 Redis 跟沒有一樣，那這個數(shù)量級別的請求直接打到數(shù)據(jù)庫幾乎是災(zāi)難性的。

你想想如果掛的是一個用戶服務(wù)的庫，那其他依賴他的庫所有接口幾乎都會報錯。

如果沒做熔斷等策略基本上就是瞬間掛一片的節(jié)奏，你怎么重啟用戶都會把你打掛，等你重啟好的時候，用戶早睡覺去了，臨睡之前，罵罵咧咧“什么垃圾產(chǎn)品”。 面試官摸摸了自己的頭發(fā)：嗯，還不錯，那這種情況你都是怎么應(yīng)對的？

我：處理緩存雪崩簡單，在批量往 Redis 存數(shù)據(jù)的時候，把每個 Key 的失效時間都加個隨機值就好了，這樣可以保證數(shù)據(jù)不會再同一時間大面積失效。

setRedis（key,value,time+Math.random()*10000）;

如果 Redis 是集群部署，將熱點數(shù)據(jù)均勻分布在不同的 Redis 庫中也能避免全部失效。

或者設(shè)置熱點數(shù)據(jù)永不過期，有更新操作就更新緩存就好了（比如運維更新了首頁商品，那你刷下緩存就好了，不要設(shè)置過期時間），電商首頁的數(shù)據(jù)也可以用這個操作，保險。

面試官：那你了解緩存穿透和擊穿么，可以說說他們跟雪崩的區(qū)別嗎？

我：嗯，了解，先說下緩存穿透吧，緩存穿透是指緩存和數(shù)據(jù)庫中都沒有的數(shù)據(jù)，而用戶（黑客）不斷發(fā)起請求。

舉個栗子：我們數(shù)據(jù)庫的 id 都是從 1 自增的，如果發(fā)起 id=-1 的數(shù)據(jù)或者 id 特別大不存在的數(shù)據(jù)，這樣的不斷攻擊導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫壓力很大，嚴(yán)重會擊垮數(shù)據(jù)庫。

我又接著說：至于緩存擊穿嘛，這個跟緩存雪崩有點像，但是又有一點不一樣，緩存雪崩是因為大面積的緩存失效，打崩了 DB。

而緩存擊穿不同的是緩存擊穿是指一個 Key 非常熱點，在不停地扛著大量的請求，大并發(fā)集中對這一個點進(jìn)行訪問，當(dāng)這個 Key 在失效的瞬間，持續(xù)的大并發(fā)直接落到了數(shù)據(jù)庫上，就在這個 Key 的點上擊穿了緩存。 面試官露出欣慰的眼光：那他們分別怎么解決？

我：緩存穿透我會在接口層增加校驗，比如用戶鑒權(quán)，參數(shù)做校驗，不合法的校驗直接 return，比如 id 做基礎(chǔ)校驗，id<=0 直接攔截。 ?面試官：那你還有別的方法嗎？

我：我記得 Redis 里還有一個高級用法布隆過濾器（Bloom Filter）這個也能很好的預(yù)防緩存穿透的發(fā)生。

它的原理也很簡單，就是利用高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法快速判斷出你這個 Key 是否在數(shù)據(jù)庫中存在，不存在你 return 就好了，存在你就去查 DB 刷新 KV 再 return。

緩存擊穿的話，設(shè)置熱點數(shù)據(jù)永不過期，或者加上互斥鎖就搞定了。作為暖男，代碼給你準(zhǔn)備好了，拿走不謝。

publicstaticStringgetData(Stringkey)throwsInterruptedException{ //從Redis查詢數(shù)據(jù) Stringresult=getDataByKV(key); //參數(shù)校驗 if(StringUtils.isBlank(result)){ try{ //獲得鎖 if(reenLock.tryLock()){ //去數(shù)據(jù)庫查詢 result=getDataByDB(key); //校驗 if(StringUtils.isNotBlank(result)){ //插進(jìn)緩存 setDataToKV(key,result); } }else{ //睡一會再拿 Thread.sleep(100L); result=getData(key); } }finally{ //釋放鎖 reenLock.unlock(); } } returnresult; }

面試官：嗯嗯，還不錯。

Redis 為何這么快

面試官：Redis 作為緩存大家都在用，那 Redis 一定很快咯？

我：當(dāng)然了，官方提供的數(shù)據(jù)可以達(dá)到 100000+ 的 QPS（每秒內(nèi)的查詢次數(shù)），這個數(shù)據(jù)不比 Memcached 差！

面試官：Redis 這么快，它的“多線程模型”你了解嗎？（露出邪魅一笑）

我：您是想問 Redis 這么快，為什么還是單線程的吧。Redis 確實是單進(jìn)程單線程的模型，因為 Redis 完全是基于內(nèi)存的操作，CPU 不是 Redis 的瓶頸，Redis 的瓶頸最有可能是機器內(nèi)存的大小或者網(wǎng)絡(luò)帶寬。

既然單線程容易實現(xiàn)，而且 CPU 不會成為瓶頸，那就順理成章的采用單線程的方案了（畢竟采用多線程會有很多麻煩）。

面試官：嗯，是的。那你能說說 Redis 是單線程的，為什么還能這么快嗎？

我：可以這么說吧，總結(jié)一下有如下四點：

Redis 完全基于內(nèi)存，絕大部分請求是純粹的內(nèi)存操作，非常迅速，數(shù)據(jù)存在內(nèi)存中，類似于 HashMap，HashMap 的優(yōu)勢就是查找和操作的時間復(fù)雜度是 O(1)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，對數(shù)據(jù)操作也簡單。

采用單線程，避免了不必要的上下文切換和競爭條件，不存在多線程導(dǎo)致的 CPU 切換，不用去考慮各種鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖操作，沒有死鎖問題導(dǎo)致的性能消耗。

使用多路復(fù)用 IO 模型，非阻塞 IO。

Redis 和 Memcached 的區(qū)別

面試官：嗯嗯，說的很詳細(xì)。那你為什么選擇 Redis 的緩存方案而不用 Memcached 呢？ 我：原因有如下四點：

存儲方式上：Memcache 會把數(shù)據(jù)全部存在內(nèi)存之中，斷電后會掛掉，數(shù)據(jù)不能超過內(nèi)存大小。Redis 有部分?jǐn)?shù)據(jù)存在硬盤上，這樣能保證數(shù)據(jù)的持久性。

數(shù)據(jù)支持類型上：Memcache 對數(shù)據(jù)類型的支持簡單，只支持簡單的 key-value，，而 Redis 支持五種數(shù)據(jù)類型。

使用底層模型不同：它們之間底層實現(xiàn)方式以及與客戶端之間通信的應(yīng)用協(xié)議不一樣。Redis 直接自己構(gòu)建了 VM 機制，因為一般的系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)的話，會浪費一定的時間去移動和請求。

Value 的大?。篟edis 可以達(dá)到 1GB，而 Memcache 只有 1MB。

淘汰策略

面試官：那你說說你知道的 Redis 的淘汰策略有哪些？

我：Redis 有六種淘汰策略，如下圖：

補充一下：Redis 4.0 加入了 LFU（least frequency use）淘汰策略，包括 volatile-lfu 和 allkeys-lfu，通過統(tǒng)計訪問頻率，將訪問頻率最少，即最不經(jīng)常使用的 KV 淘汰。

持久化

面試官：你對 Redis 的持久化機制了解嗎？能講一下嗎？

我：Redis 為了保證效率，數(shù)據(jù)緩存在了內(nèi)存中，但是會周期性的把更新的數(shù)據(jù)寫入磁盤或者把修改操作寫入追加的記錄文件中，以保證數(shù)據(jù)的持久化。

Redis 的持久化策略有兩種：

RDB：快照形式是直接把內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保存到一個 dump 的文件中，定時保存，保存策略。

AOF：把所有的對 Redis 的服務(wù)器進(jìn)行修改的命令都存到一個文件里，命令的集合。Redis 默認(rèn)是快照 RDB 的持久化方式。

當(dāng) Redis 重啟的時候，它會優(yōu)先使用 AOF 文件來還原數(shù)據(jù)集，因為 AOF 文件保存的數(shù)據(jù)集通常比 RDB 文件所保存的數(shù)據(jù)集更完整。你甚至可以關(guān)閉持久化功能，讓數(shù)據(jù)只在服務(wù)器運行時存。

面試官：那你再說下 RDB 是怎么工作的？ 我：默認(rèn) Redis 是會以快照"RDB"的形式將數(shù)據(jù)持久化到磁盤的一個二進(jìn)制文件 dump.rdb。 工作原理簡單說一下：當(dāng) Redis 需要做持久化時，Redis 會 fork 一個子進(jìn)程，子進(jìn)程將數(shù)據(jù)寫到磁盤上一個臨時 RDB 文件中。

當(dāng)子進(jìn)程完成寫臨時文件后，將原來的 RDB 替換掉，這樣的好處是可以 copy-on-write。

我：RDB 的優(yōu)點是：這種文件非常適合用于備份：比如，你可以在最近的 24 小時內(nèi)，每小時備份一次，并且在每個月的每一天也備份一個 RDB 文件。

這樣的話，即使遇上問題，也可以隨時將數(shù)據(jù)集還原到不同的版本。RDB 非常適合災(zāi)難恢復(fù)。

RDB 的缺點是：如果你需要盡量避免在服務(wù)器故障時丟失數(shù)據(jù)，那么RDB不合適你。

面試官：那你要不再說下 AOF？

我：（說就一起說下吧）使用 AOF 做持久化，每一個寫命令都通過 write 函數(shù)追加到 appendonly.aof 中，配置方式如下：

appendfsyncyes appendfsyncalways#每次有數(shù)據(jù)修改發(fā)生時都會寫入AOF文件。 appendfsynceverysec#每秒鐘同步一次，該策略為AOF的缺省策略。

AOF 可以做到全程持久化，只需要在配置中開啟 appendonly yes。這樣 Redis 每執(zhí)行一個修改數(shù)據(jù)的命令，都會把它添加到 AOF 文件中，當(dāng) Redis 重啟時，將會讀取 AOF 文件進(jìn)行重放，恢復(fù)到 Redis 關(guān)閉前的最后時刻。

我頓了一下，繼續(xù)說：使用 AOF 的優(yōu)點是會讓 Redis 變得非常耐久?？梢栽O(shè)置不同的 Fsync 策略，AOF的默認(rèn)策略是每秒鐘 Fsync 一次，在這種配置下，就算發(fā)生故障停機，也最多丟失一秒鐘的數(shù)據(jù)。

缺點是對于相同的數(shù)據(jù)集來說，AOF 的文件體積通常要大于 RDB 文件的體積。根據(jù)所使用的 Fsync 策略，AOF 的速度可能會慢于 RDB。

面試官又問：你說了這么多，那我該用哪一個呢？

我：如果你非常關(guān)心你的數(shù)據(jù)，但仍然可以承受數(shù)分鐘內(nèi)的數(shù)據(jù)丟失，那么可以額只使用 RDB 持久。

AOF 將 Redis 執(zhí)行的每一條命令追加到磁盤中，處理巨大的寫入會降低Redis的性能，不知道你是否可以接受。

數(shù)據(jù)庫備份和災(zāi)難恢復(fù)：定時生成 RDB 快照非常便于進(jìn)行數(shù)據(jù)庫備份，并且 RDB 恢復(fù)數(shù)據(jù)集的速度也要比 AOF 恢復(fù)的速度快。

當(dāng)然了，Redis 支持同時開啟 RDB 和 AOF，系統(tǒng)重啟后，Redis 會優(yōu)先使用 AOF 來恢復(fù)數(shù)據(jù)，這樣丟失的數(shù)據(jù)會最少。

主從復(fù)制

面試官：Redis 單節(jié)點存在單點故障問題，為了解決單點問題，一般都需要對 Redis 配置從節(jié)點，然后使用哨兵來監(jiān)聽主節(jié)點的存活狀態(tài)，如果主節(jié)點掛掉，從節(jié)點能繼續(xù)提供緩存功能，你能說說 Redis 主從復(fù)制的過程和原理嗎？ 我有點懵，這個說來就話長了。但幸好提前準(zhǔn)備了：主從配置結(jié)合哨兵模式能解決單點故障問題，提高 Redis 可用性。

從節(jié)點僅提供讀操作，主節(jié)點提供寫操作。對于讀多寫少的狀況，可給主節(jié)點配置多個從節(jié)點，從而提高響應(yīng)效率。

我頓了一下，接著說：關(guān)于復(fù)制過程，是這樣的：

從節(jié)點執(zhí)行 slaveof[masterIP][masterPort]，保存主節(jié)點信息。

從節(jié)點中的定時任務(wù)發(fā)現(xiàn)主節(jié)點信息，建立和主節(jié)點的 Socket 連接。

從節(jié)點發(fā)送 Ping 信號，主節(jié)點返回 Pong，兩邊能互相通信。

連接建立后，主節(jié)點將所有數(shù)據(jù)發(fā)送給從節(jié)點（數(shù)據(jù)同步）。

主節(jié)點把當(dāng)前的數(shù)據(jù)同步給從節(jié)點后，便完成了復(fù)制的建立過程。接下來，主節(jié)點就會持續(xù)的把寫命令發(fā)送給從節(jié)點，保證主從數(shù)據(jù)一致性。

面試官：那你能詳細(xì)說下數(shù)據(jù)同步的過程嗎？

（我心想：這也問的太細(xì)了吧）我：可以。Redis 2.8 之前使用 sync[runId][offset] 同步命令，Redis 2.8 之后使用 psync[runId][offset] 命令。

兩者不同在于，Sync 命令僅支持全量復(fù)制過程，Psync 支持全量和部分復(fù)制。

介紹同步之前，先介紹幾個概念：

runId：每個 Redis 節(jié)點啟動都會生成唯一的 uuid，每次 Redis 重啟后，runId 都會發(fā)生變化。

offset：主節(jié)點和從節(jié)點都各自維護(hù)自己的主從復(fù)制偏移量 offset，當(dāng)主節(jié)點有寫入命令時，offset=offset+命令的字節(jié)長度。

從節(jié)點在收到主節(jié)點發(fā)送的命令后，也會增加自己的 offset，并把自己的 offset 發(fā)送給主節(jié)點。

這樣，主節(jié)點同時保存自己的 offset 和從節(jié)點的 offset，通過對比 offset 來判斷主從節(jié)點數(shù)據(jù)是否一致。

repl_backlog_size：保存在主節(jié)點上的一個固定長度的先進(jìn)先出隊列，默認(rèn)大小是 1MB。

主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)給從節(jié)點過程中，主節(jié)點還會進(jìn)行一些寫操作，這時候的數(shù)據(jù)存儲在復(fù)制緩沖區(qū)中。

從節(jié)點同步主節(jié)點數(shù)據(jù)完成后，主節(jié)點將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)繼續(xù)發(fā)送給從節(jié)點，用于部分復(fù)制。

主節(jié)點響應(yīng)寫命令時，不但會把命名發(fā)送給從節(jié)點，還會寫入復(fù)制積壓緩沖區(qū)，用于復(fù)制命令丟失的數(shù)據(jù)補救。

上面是 Psync 的執(zhí)行流程，從節(jié)點發(fā)送 psync[runId][offset] 命令，主節(jié)點有三種響應(yīng)：

FULLRESYNC：第一次連接，進(jìn)行全量復(fù)制

CONTINUE：進(jìn)行部分復(fù)制

ERR：不支持 psync 命令，進(jìn)行全量復(fù)制

面試官：很好，那你能具體說下全量復(fù)制和部分復(fù)制的過程嗎？

我：可以！

上面是全量復(fù)制的流程。主要有以下幾步：

從節(jié)點發(fā)送 psync ? -1 命令（因為第一次發(fā)送，不知道主節(jié)點的 runId，所以為?，因為是第一次復(fù)制，所以 offset=-1）。

主節(jié)點發(fā)現(xiàn)從節(jié)點是第一次復(fù)制，返回 FULLRESYNC {runId} {offset}，runId 是主節(jié)點的 runId，offset 是主節(jié)點目前的 offset。

從節(jié)點接收主節(jié)點信息后，保存到 info 中。

主節(jié)點在發(fā)送 FULLRESYNC 后，啟動 bgsave 命令，生成 RDB 文件（數(shù)據(jù)持久化）。

主節(jié)點發(fā)送 RDB 文件給從節(jié)點。到從節(jié)點加載數(shù)據(jù)完成這段期間主節(jié)點的寫命令放入緩沖區(qū)。

從節(jié)點清理自己的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

從節(jié)點加載 RDB 文件，將數(shù)據(jù)保存到自己的數(shù)據(jù)庫中。如果從節(jié)點開啟了 AOF，從節(jié)點會異步重寫 AOF 文件。

關(guān)于部分復(fù)制有以下幾點說明：

①部分復(fù)制主要是 Redis 針對全量復(fù)制的過高開銷做出的一種優(yōu)化措施，使用 psync[runId][offset] 命令實現(xiàn)。

當(dāng)從節(jié)點正在復(fù)制主節(jié)點時，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)閃斷或者命令丟失等異常情況時，從節(jié)點會向主節(jié)點要求補發(fā)丟失的命令數(shù)據(jù)，主節(jié)點的復(fù)制積壓緩沖區(qū)將這部分?jǐn)?shù)據(jù)直接發(fā)送給從節(jié)點。

這樣就可以保持主從節(jié)點復(fù)制的一致性。補發(fā)的這部分?jǐn)?shù)據(jù)一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于全量數(shù)據(jù)。

②主從連接中斷期間主節(jié)點依然響應(yīng)命令，但因復(fù)制連接中斷命令無法發(fā)送給從節(jié)點，不過主節(jié)點內(nèi)的復(fù)制積壓緩沖區(qū)依然可以保存最近一段時間的寫命令數(shù)據(jù)。

③當(dāng)主從連接恢復(fù)后，由于從節(jié)點之前保存了自身已復(fù)制的偏移量和主節(jié)點的運行 ID。因此會把它們當(dāng)做 psync 參數(shù)發(fā)送給主節(jié)點，要求進(jìn)行部分復(fù)制。 ④主節(jié)點接收到 psync 命令后首先核對參數(shù) runId 是否與自身一致，如果一致，說明之前復(fù)制的是當(dāng)前主節(jié)點。

之后根據(jù)參數(shù) offset 在復(fù)制積壓緩沖區(qū)中查找，如果 offset 之后的數(shù)據(jù)存在，則對從節(jié)點發(fā)送+COUTINUE 命令，表示可以進(jìn)行部分復(fù)制。因為緩沖區(qū)大小固定，若發(fā)生緩沖溢出，則進(jìn)行全量復(fù)制。

⑤主節(jié)點根據(jù)偏移量把復(fù)制積壓緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)發(fā)送給從節(jié)點，保證主從復(fù)制進(jìn)入正常狀態(tài)。

哨兵

面試官：那主從復(fù)制會存在哪些問題呢？

我：主從復(fù)制會存在以下問題：

一旦主節(jié)點宕機，從節(jié)點晉升為主節(jié)點，同時需要修改應(yīng)用方的主節(jié)點地址，還需要命令所有從節(jié)點去復(fù)制新的主節(jié)點，整個過程需要人工干預(yù)。

主節(jié)點的寫能力受到單機的限制。

主節(jié)點的存儲能力受到單機的限制。

原生復(fù)制的弊端在早期的版本中也會比較突出，比如：Redis 復(fù)制中斷后，從節(jié)點會發(fā)起 psync。

此時如果同步不成功，則會進(jìn)行全量同步，主庫執(zhí)行全量備份的同時，可能會造成毫秒或秒級的卡頓。

面試官：那比較主流的解決方案是什么呢？

我：當(dāng)然是哨兵啊。

面試官：那么問題又來了。那你說下哨兵有哪些功能？

我：如圖，是 Redis Sentinel（哨兵）的架構(gòu)圖。Redis Sentinel（哨兵）主要功能包括主節(jié)點存活檢測、主從運行情況檢測、自動故障轉(zhuǎn)移、主從切換。

Redis Sentinel 最小配置是一主一從。Redis 的 Sentinel 系統(tǒng)可以用來管理多個 Redis 服務(wù)器。

該系統(tǒng)可以執(zhí)行以下四個任務(wù)：

監(jiān)控：不斷檢查主服務(wù)器和從服務(wù)器是否正常運行。

通知：當(dāng)被監(jiān)控的某個 Redis 服務(wù)器出現(xiàn)問題，Sentinel 通過 API 腳本向管理員或者其他應(yīng)用程序發(fā)出通知。

自動故障轉(zhuǎn)移：當(dāng)主節(jié)點不能正常工作時，Sentinel 會開始一次自動的故障轉(zhuǎn)移操作，它會將與失效主節(jié)點是主從關(guān)系的其中一個從節(jié)點升級為新的主節(jié)點，并且將其他的從節(jié)點指向新的主節(jié)點，這樣人工干預(yù)就可以免了。

配置提供者：在 Redis Sentinel 模式下，客戶端應(yīng)用在初始化時連接的是 Sentinel 節(jié)點集合，從中獲取主節(jié)點的信息。

面試官：那你能說下哨兵的工作原理嗎？

我：話不多說，直接上圖：

①每個 Sentinel 節(jié)點都需要定期執(zhí)行以下任務(wù)：每個 Sentinel 以每秒一次的頻率，向它所知的主服務(wù)器、從服務(wù)器以及其他的 Sentinel 實例發(fā)送一個 PING 命令。（如上圖）

②如果一個實例距離最后一次有效回復(fù) PING 命令的時間超過 down-after-milliseconds 所指定的值，那么這個實例會被 Sentinel 標(biāo)記為主觀下線。（如上圖）

③如果一個主服務(wù)器被標(biāo)記為主觀下線，那么正在監(jiān)視這個服務(wù)器的所有 Sentinel 節(jié)點，要以每秒一次的頻率確認(rèn)主服務(wù)器的確進(jìn)入了主觀下線狀態(tài)。

④如果一個主服務(wù)器被標(biāo)記為主觀下線，并且有足夠數(shù)量的 Sentinel（至少要達(dá)到配置文件指定的數(shù)量）在指定的時間范圍內(nèi)同意這一判斷，那么這個主服務(wù)器被標(biāo)記為客觀下線。

⑤一般情況下，每個 Sentinel 會以每 10 秒一次的頻率向它已知的所有主服務(wù)器和從服務(wù)器發(fā)送 INFO 命令。

當(dāng)一個主服務(wù)器被標(biāo)記為客觀下線時，Sentinel 向下線主服務(wù)器的所有從服務(wù)器發(fā)送 INFO 命令的頻率，會從 10 秒一次改為每秒一次。

⑥Sentinel 和其他 Sentinel 協(xié)商客觀下線的主節(jié)點的狀態(tài)，如果處于 SDOWN 狀態(tài)，則投票自動選出新的主節(jié)點，將剩余從節(jié)點指向新的主節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制。

⑦當(dāng)沒有足夠數(shù)量的 Sentinel 同意主服務(wù)器下線時，主服務(wù)器的客觀下線狀態(tài)就會被移除。

當(dāng)主服務(wù)器重新向 Sentinel 的 PING 命令返回有效回復(fù)時，主服務(wù)器的主觀下線狀態(tài)就會被移除。

面試官：不錯，面試前沒少下工夫啊，今天 Redis 這關(guān)你過了，明天找個時間我們再聊聊其他的。（露出欣慰的微笑）

我：沒問題。

總結(jié)

本文在一次面試的過程中講述了 Redis 是什么，Redis 的特點和功能，Redis 緩存的使用，Redis 為什么能這么快，Redis 緩存的淘汰策略，持久化的兩種方式，Redis 高可用部分的主從復(fù)制和哨兵的基本原理。

只要功夫深，鐵杵磨成針，平時準(zhǔn)備好，面試不用慌。雖然面試不一定是這樣問的，但萬變不離其“宗”。

責(zé)任編輯：lq