JAVA面试专题-Redis

你在最近的项目中哪些场景使用了Redis

缓存

缓存穿透

缓存穿透：查询一个不存在的数据，mysql查询不到数据也不好直接写入缓存，导致每次请求都查数据库。
解决方案一：缓存空数据，即使查询返回的数据为空，也把这个空结果进行缓存（如key：1，value：null）。
优点：简单
缺点：消耗内存（总有空数据），不一致问题（来真的数据了）

解决方案二：布隆过滤器（可以使用redisson实现）：查询之前先访问布隆过滤器，如果不存在就直接返回

优点：内存占用少，没有多余key
缺点：实现复杂，存在误判（bitmap位图越小误判越大，数组越大误判越小，但有内存消耗，一半百分之五以内的误判都可以接收）

布隆过滤器作用：可以用于检索一个元素是否在一个集合中（bitmap位图，数组每个单元只能存储0/1）。

 缓存击穿

缓存击穿：给某一个key设置了过期时间，当key过期的时候，恰好这个时间点对这个key有大量的并发请求，只能访问数据库，会把db压垮。

解决方案一：互斥锁
未命中后获取互斥锁（如setnx），处理完后释放锁，其他线程拿到锁才能运行

解决方案二：逻辑过期
在设置key时设置过期时间字段存入缓存，查询时如果过期，获取互斥锁后直接返回过期数据，同时开启新线程进行缓存重建释放锁，其他线程如果获取互斥锁失败后，仍然返回过期数据。

 缓存雪崩

缓存雪崩：同一时间大量的缓存key同时失效或者Redis服务宕机，导致大量请求到达数据库

 解决方案：
1. 给不同的Key的TTL添加随机值，避免同时过期
2. 利用Redis集群提高服务的可用性（哨兵模式，集群模式）
3. 给缓存业务添加降级限流策略（nginx或Spring cloud gateway）
4. 给业务添加多级缓存

《缓存三兄弟》

穿透无中生有key，布隆过滤null隔离。
缓存击穿过期key，锁与非期解难题。
雪崩大量过期key，过期时间要随机。
面试必考三兄弟，可用限流来保底。

先删除缓存还是先修改数据库-双写一致性

读操作：缓存命中，直接返回；缓存未命中查询数据库，写入缓存，设定超时时间

写操作：延迟双删：先删除缓存，修改数据库，延时一段时间再删除缓存

分布式锁（强一致性，性能低）

共享锁：读锁readLock，加锁之后，其他线程可以共享读操作
排他锁：独占锁write，加锁之后，阻塞其他线程读写操作

 异步通知(允许延时一致的业务)：

修改数据后写入数据库同时发送消息到MQ，受到MQ消息后更新缓存，主要依赖于MQ的可靠性。

阿里的组件canal组件也可以实现数据同步，不需要更改业务代码，部署服务后，它会把自己伪装成mysql的一个从节点，mysql数据更新后，canal会读取binlog数据，然后通过canal客户端获取到数据，更新缓存即可。

Redis持久化

RDB

RDB（Redis Database Backup file）Redis数据备份文件，也叫Redis数据快照，可以把内存中的所有数据记录到磁盘中，当Redis故障时，从磁盘读取快照文件，恢复数据。

主动备份：save bgsave（不影响主进程，一般用这个）
被动备份：redis.conf修改文件

RDB执行原理：物理内存通过进程中的页表交换数据，bgsave开始时会fork主进程得到子进程（复制页表），子进程完成fork后读取内存数据并写入RDB文件，fork采用copy-on-write技术（主进程读取内存时，访问共享内存；主进程执行写操作时，从内存中拷贝一份数据副本执行写操作，以后主进程读也从副本读）

AOF

AOF（Append Only File）追加文件，redis处理的每一个写命令都会记录在AOF文件中，可以看做是命令日志文件。

因为是记录命令，所以AOF文件会很大，通过bgrewriteaof命令，让AOF执行重写功能，只有最后一次有意义。也可以在配置文件里设置触发阈值自动重写。

Redis过期策略

惰性删除

设置key过期时间后，不去管它，下次使用该key时，检查是否过期，过期删除。
优点：CPU友好，不用浪费时间检查
缺点：内存不友好，不用就永远不会释放

定期删除

每隔一段时间对key检查，从一定数量的数据库中取出一定数量的随机key进行检查，并删除其中的过期key。氛围SLOW（执行频率10hz，每次不超过25ms）和FAST（每次时间循环尝试执行，间隔不低于2ms，耗时不超过1ms）两种模式。
优点：可以通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对cpu的影响，也能释放过期key占用的内存
缺点：难以确定删除操作的时长和频率

所以：Redis的过期删除策略为：惰性删除+定期删除配合使用

数据淘汰策略

使用建议：
1. 优先使用allkeys-lru策略，把最近最常访问的数据留在缓存中，如果业务有明显的冷热数据区分建议使用。
2. 访问数据频率差别不大，没有明显冷热区分，建议使用allkeys-random随机淘汰
3. 如果有置顶要求，使用volatile-lru策略，同时置顶数据不设置过期时间
4. 如果业务有短时高频访问的数据，建议使用lfu策略

分布式锁

可以使用setnx命令，或者直接用redisson（底层是setnx和lua脚本）

看门狗机制

每隔一段时间自动做一次续期（默认每隔十秒续期一次）

 可重入性

 基于redssion实现的分布式锁可重入，利用hash结构记录线程id和重入次数

主从一致性

RedLock（红锁）：布置在一个redis实例上创建锁，应该实在多个redis实例上创建锁（n/2+1）。
但是红锁这个思想，实现复杂，性能差，运维繁琐，因为redis是基于AP思想啊（可用性），如果要实现主从一致，可以利用CP思想（一致性）的zookeeper来实现。

Redis集群方案

主从复制

单节点redis的并发能力是有上限的，要提高并发能力就要搭建主从集群，实现读写分离，往主节点里写，从节点里读。

 主从全量同步

slave节点执行replicaof命令建议连接，请求master数据同步（发送replid和offset），master判断是否是第一次同步（replid是否一致），如果是第一次，就向slave返回master的数据版本信息（replid，offset），slave保存版本信息，master执行bgsave生成RDB文件并向slave发送，slave清空本地数据，加载RDB文件。在这个发送期间，主节点记录RDB期间的所有命令存入到repl_baklog中发送到slave，slave执行接收到的命令。

 主从增量同步

适用于slave重启或后期数据变化，从节点发送replid和offset，主节点判断是否一致，如果不是第一次，就回复continue，之后去repl_back中获取offset后的数据，发送命令。

哨兵机制

Sentinel哨兵机制实现主从集群的自动故障恢复。

 服务状态监控

Sentinel基于心跳机制监测服务状态，每隔1秒向集群的每个实例发送ping命令
主观下线：如果某sentinel节点发现某实例未在规定时间响应，则认为该实例主观下线。
客观下线：如果超过sentinel数量一半的哨兵都认为该实例主观下线，该实例客观下线。

哨兵选主规则

判断主与从断开时间长短，超过指定值就排该从节点
然后判断从节点的slave-priority值，越小优先级越高
如果优先级一样，判断offset值，越大优先级越高
判断slave节点的运行id大小，越小优先级越高

集群脑裂

主节点和从节点和哨兵处于不同网络分区，使得哨兵灭有能够心跳感应到主节点,所以选举出了一个新的主节点，这样就存在了两个master，像大脑分裂一样，导致客户端孩子啊老主节点写入数据，新节点无法同步数据，网络恢复后，哨兵会将老的主节点降为从节点，再从新master中同步数据，导致数据丢失。
解决：修改redis配置，设置最小的从节点数量以及缩短主从数据同步的延迟时间。

 分片集群结构

主从和哨兵可以解决高可用，高并发读的问题，但是没有解决海量数据存储和高并发写问题，这时可以使用分片集群。
分片集群特征：
集群中有多个master，每个master保存不同数据
每个master有多个slave节点
master之间通过ping监测彼此健康状态
客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会转发到正确节点

分片集群结构：数据读写

引入哈希槽概念，Redis集群有16384个哈希槽，每个key通过CRC16校验后对16384取模来决定放置哪个槽，集群的每个节点负责一部分hash槽。

 Redis是单线程的为什么速度这么快？

Redis是存内存操作，执行速度非常快
采用单线程，避免不必要的上下文切换可竞争条件，多线程还要考虑线程安全问题
使用I/O多路复用模型，非阻塞IO

I/O多路复用模型

redis是纯内存操作，执行速度非常快，性能瓶颈是网络延迟而不是执行速度，I/O多路复用模型实现了高效的网络请求

常见的IO模型

阻塞IO：等待数据和从内核拷贝数据到用户空间都需要阻塞等待
非阻塞IO：recvform阶段立即返回结果而不阻塞第二阶段依旧阻塞
IO多路复用：利用单个线程来同时监听多个Socket，并在某个Socket可读，可写时得到通知，避免无效等待，充分利用cpu资源。

Redis网络模型

 提供了连接应答处理器，命令回复处理器（多线程回复事件），命令请求处理器（命令转换使用多线程，增加速度，命令执行依旧是单线程）。