Redis——面试题整理

1. Redis的优缺点

• 优点：
  • 具有优异的读写性能，读写速度分别为110000次/s和81000次/s。
  • 支持数据的持久化（AOF和RDB两种方式。
  • 支持事务，Redis不仅所有操作都是原子性，而且支持对几个操作合并后的原子性执行。
  • 数据结构丰富，String、hash、set、zset、list等数据结构。
  • 支持主从复制，可读写分离。
• 缺点：
  • 数据库容量受到物理内存的限制，不能用作海量数据的高性能读写。并且难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。所以应用场景被局限于较小数据量的高性能操作和运算上。
  • 不具备自动容错和恢复功能，主机或从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复。若是主机宕机前有部分数据未能及时同步到从机，切换IP后还会引入数据不一致的问题，降低了系统的可用性。

2. 为什么要用Redis（缓存）

• 高性能，用户首次访问数据库时，数据从硬盘中读取，速度较慢。将该数据放置于缓存中，用户再次访问该数据时，可直接从缓存中获取，操作缓存相当于操作内存，速度比从硬盘中读取更快。
• 高并发，直接操作缓存能够承受的请求是远远大于直接访问数据库的。故将数据库中的部分数据转移到缓存中去，用户的一部分请求则会直接到缓存而不经过数据库，能够更好的实现高并发。

3. Redis为什么那么快

• 完全基于内存，大部分请求是纯粹的内存操作，数据在内存中进行查找和操作的时间复杂度均为O(1)。
• 采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU。
• 使用多路 I/O 复用模型，非阻塞 IO。
• 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；
• 数据结构简单，对数据操作也简单。

4. 什么是Redis持久化？Redis 的持久化机制是什么？各自的优缺点？

• 持久化就是把内存的数据写到磁盘中去，防止服务宕机了内存数据丢失。

• Redis 有两种持久化机制 RDB（默认） 和 AOF 机制。

  • RDB是Redis默认的持久化方式。按照一定的时间将内存的数据以快照的形式保存到硬盘中，对应产生的数据文件为dump.rdb。通过配置文件中的save参数来定义快照的周期。
  • AOF持久化(即Append Only File持久化)，则是将Redis执行的每次写命令记录到单独的日志文件中，当重启Redis会重新将持久化的日志中文件恢复数据。
  • 特别的，当两种方式同时开启时，数据恢复Redis会优先选择AOF恢复。

• RDB的优缺点
  优点：

  • 只有一个文件 dump.rdb，方便持久化。
  • 容灾性好，一个文件可以保存到安全的磁盘。
  • 性能最大化，fork 子进程来完成写操作，让主进程继续处理命令，所以是 IO 最大化。使用单独子进程来进行持久化，主进程不会进行任何 IO 操作，保证了 redis 的高性能
  • 相对于数据集大时，比 AOF 的启动效率更高。

  缺点：

  • 数据安全性低。RDB 是间隔一段时间进行持久化，如果持久化期间 redis 发生故障，会发生数据丢失。

• AOF优缺点
  优点：

  • 数据安全，aof 持久化可以配置 appendfsync 属性，有 always，每进行一次 命令操作就记录到 aof 文件中一次。
  • 通过 append 模式写文件，即使中途服务器宕机，可以通过 redis-check-aof 工具解决数据一致性问题。
  • AOF 机制的 rewrite 模式。AOF 文件没被 rewrite 之前（文件过大时会对命令 进行合并重写），可以删除其中的某些命令（比如误操作的 flushall）)

  缺点：

  • AOF 文件比 RDB 文件大，且恢复速度慢。
  • 数据集大的时候，比 rdb 启动效率低。

5. Redis的过期键的删除策略是什么

• 惰性过期：只有当访问一个key时，才会判断该key是否已过期，过期则清除。该策略可以最大化地节省CPU资源，却对内存非常不友好。极端情况可能出现大量的过期key没有再次被访问，从而不会被清除，占用大量内存。
• 定期过期：每隔一定的时间，会扫描一定数量的数据库的expires字典中一定数量的key，并清除其中已过期的key。该策略是前两者的一个折中方案。通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到最优的平衡效果。
• 定时过期：每个设置过期时间的key都需要创建一个定时器，到过期时间就会立即清除。该策略可以立即清除过期的数据，对内存很友好；但是会占用大量的CPU资源去处理过期的数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量。

6. 为什么Redis要分区？分区方案有什么？

• 分区可以让Redis管理更大的内存，Redis将可以使用所有机器的内存。如果没有分区，你最多只能使用一台机器的内存。分区使Redis的计算能力通过简单地增加计算机得到成倍提升，Redis的网络带宽也会随着计算机和网卡的增加而成倍增长。
• 分区方案通常有三种：客户端分区、代理分区和查询路由。
  • 客户端分区就是在客户端就已经决定数据会被存储到哪个redis节点或者从哪个redis节点读取。大多数客户端已经实现了客户端分区。
  • 代理分区 意味着客户端将请求发送给代理，然后代理决定去哪个节点写数据或者读数据。代理根据分区规则决定请求哪些Redis实例，然后根据Redis的响应结果返回给客户端。redis和memcached的一种代理实现就是Twemproxy
  • 查询路由(Query routing) 的意思是客户端随机地请求任意一个redis实例，然后由Redis将请求转发给正确的Redis节点。Redis Cluster实现了一种混合形式的查询路由，但并不是直接将请求从一个redis节点转发到另一个redis节点，而是在客户端的帮助下直接redirected到正确的redis节点。

7. Redis常见性能问题和解决方案？

• Master写内存快照，save命令调度rdbSave函数，会阻塞主线程的工作，当快照比较大时对性能影响是非常大的，会间断性暂停服务。
• Master调用BGREWRITEAOF重写AOF文件，AOF在重写的时候会占大量的CPU和内存资源，导致服务load过高，出现短暂服务暂停现象。
• Master AOF持久化，如果不重写AOF文件，这个持久化方式对性能的影响是最小的，但是AOF文件会不断增大，AOF文件过大会影响Master重启的恢复速度。Master最好不要做任何持久化工作，包括内存快照和AOF日志文件，特别是不要启用内存快照做持久化,如果数据比较关键，某个Slave开启AOF备份数据，策略为每秒同步一次。
• Redis主从复制的性能问题，为了主从复制的速度和连接的稳定性，Slave和Master最好在同一个局域网内，主从复制不要用图状结构，用单向链表结构更稳定，即主从关系为：Master<–Slave1<–Slave2<–Slave3…，这样的结构也方便解决单点故障问题，实现Slave对Master的替换。
• 尽量避免在压力很大的主库上增加从库

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