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2019年java中高级java面试题（一）Redis

JAVA Redis 事务缓存命令数据试题

2023-03-02 11:48:26 时间

## 1 、redis的数据结构 ##

### （1） Redis数据结构之String ###

字符串类型是Redis中最为基础的数据存储类型，它在Redis中是***二进制安全***的，这便意味着该类型可以接受任何格式的数据，如JPEG图像数据或Json对象描述信息等。在Redis中字符串类型的Value最多可以容纳的数据长度是512M。

SET key value        
设定该Key持有指定的字符串Value，如果该Key已经存在，则覆盖其原有值。返回值：总是返回"OK"

GET key          
获取指定Key的Value。如果与该Key关联的Value不是string类型，Redis将返回错误信息，因为GET命令只能用于获取string Value。

返回值：与该Key相关的Value，如果该Key不存在，则返回nil。

**为何redis字符串是二进制安全？**

在 C 语言中，字符串可以用一个 `\0` 结尾的 `char` 数组来表示。

比如说， `hello world` 在 C 语言中就可以表示为 `"hello world\0"` 。

这种简单的字符串表示，在大多数情况下都能满足要求，但是，它并不能高效地支持长度计算和追加（append）这两种操作：

*  每次计算字符串长度（`strlen(s)`）的复杂度为 O(N)。
 *  对字符串进行 N 次追加，必定需要对字符串进行 N 次内存重分配（`realloc`）。

而redis除了要处理c语言字符串之外，还需要处理[redis的服务器协议][redis]等等。所以，redis实现的sds（简单动态字符串），是二进制安全的。

数据结构的定义如下：

struct sdshdr {  
      
        // buf 已占用长度  
        int len;  
      
        // buf 剩余可用长度  
        int free;  
      
        // 实际保存字符串数据的地方  
        char buf[];  
    };

*  因为有了对字符串长度定义len, 所以在处理字符串时候不会以零值字节(\\0)为字符串结尾标志.
 *  二进制安全就是输入任何字节都能正确处理, 即使包含零值字节.

### （2）Redis数据结构之List ###

在Redis中，List类型是按照插入顺序排序的字符串链表。和数据结构中的普通链表一样，我们可以在其头部(left)和尾部(right)添加新的元素。在插入时，如果该键并不存在，Redis将为该键创建一个新的链表。与此相反，如果链表中所有的元素均被移除，那么该键也将会被从数据库中删除。List中可以包含的最大元素数量是4294967295。

### （3）Redis数据结构之Hash ###

Redis中的Hashes类型可以看成具有String Key和String Value的map容器。所以该类型非常适合于存储值对象的信息。如用户信息：Username、Password和Age等。每一个Hash可以存储4294967295个键值对。

hset user01 username zhangsan

### （4）Redis数据结构之Set ###

在Redis中，我们可以将Set类型看作为没有排序的字符串集合。Set可包含的最大元素数量是4294967295。

Set类型在功能上还存在着一个非常重要的特性，即在服务器端完成多个Sets之间的聚合计算操作，如unions、intersections和differences。由于这些操作均在服务端完成，因此效率极高，而且也节省了大量的网络IO开销。

### （5）Redis数据结构之SortedSet ###

Sorted-Sets和Sets类型极为相似，它们都是字符串的集合，都不允许重复的成员出现在一个Set中。它们之间的主要差别是Sorted-Sets中的每一个成员都会有一个分数(score)与之关联，Redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。然而需要额外指出的是，尽管Sorted-Sets中的成员必须是唯一的，但是分数(score)却是可以重复的

## 2、redis的持久化机制 ##

Redis是一个开源的高性能键值对数据库

是NoSQL技术阵营中的一员

它通过提供多种键值数据类型来适应不同场景下的存储需求

借助一些高层级的接口使其可以胜任，如缓存、队列系统的不同角色

可用作缓存、队列、消息订阅/发布

1). RDB持久化（**redis系统默认持久化策略**）：

该机制是指在指定的时间间隔内将内存中的数据集快照写入磁盘。

可以通过配置设置自动做快照持久化的方式。我们可以配置redis在n秒内如果超过m个key被修改就自动做快照，下面是默认的快照保存配置

save 900 1     #900秒内如果超过1个key被修改，则发起快照保存
       save 300 10    #300秒内容如超过10个key被修改，则发起快照保存
       save 60 10000

2). AOF(append only file)持久化:

该机制将以日志的形式记录服务器所处理的每一个写操作，在Redis服务器启动之初会读取该文件来重新构建数据库，以保证启动后数据库中的数据是完整的

## 3、mySQL里有2000w数据，redis中只存20w的数据，如何保证redis中的数据都是热点数据 ##

redis 内存数据集大小上升到一定大小的时候，就会施行数据淘汰策略（回收策略）。

redis 提供 6种数据淘汰策略：

> volatile-lru：从已设置过期时间的数据集（server.db\[i\].expires）中挑选最近最少使用的数据淘汰  
> volatile-ttl：从已设置过期时间的数据集（server.db\[i\].expires）中挑选将要过期的数据淘汰  
> volatile-random：从已设置过期时间的数据集（server.db\[i\].expires）中任意选择数据淘汰  
> allkeys-lru：从数据集（server.db\[i\].dict）中挑选最近最少使用的数据淘汰  
> allkeys-random：从数据集（server.db\[i\].dict）中任意选择数据淘汰  
> no-enviction（驱逐）：禁止驱逐数据  
>

## 4、 redis常见性能问题和解决方案 ##

1).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，所以Master最好不要写内存快照。

2).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。

3).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。

4). 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

## 5、 redis的并发竞争问题如何解决? ##

Redis是单进程单线程的，redis利用队列技术将并发访问变为串行访问，消除了传统数据库串行控制的开销

## 6、redis事务的命令 ##

Redis 事务命令

下标列出了redis事务的相关命令

1. DISCARD

取消事务，放弃执行事务块内的所有命令。

2. EXEC

执行所有事务块内的命令

3. MULTI

标记一个事务块的开始

4. UNWATCH

取消WATCH命令对所有key的监视

5. WATCH key \[key ...\]

监视一个(或多个)key，如果在事务执行之前这个(或这些) key 被其他命令所改动，那么事务将被打断。

https://www.cnblogs.com/Survivalist/p/8119891.html

## 6、 redis事务的特征 ##

（1）在事务中的所有命令都将会被串行化的顺序执行，事务执行期间，Redis不会再为其它客户端的请求提供任何服务，从而保证了事物中的所有命令被原子的执行。

（2）在Redis事务中如果有某一条命令执行失败，其后的命令仍然会被继续执行。

（3）MULTI命令开启一个事务，可以通过执行EXEC/DISCARD命令来提交/回滚该事务内的所有操作

redis中也是有事务的，不过这个事务没有mysql中的完善，只保证了一致性和隔离性，不满足原子性和持久性。

## 7、 redis集群搭建 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h6YXVfaXRkb2c_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

架构细节:

(1)所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽.

(2)节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效.

(3)客户端与redis节点直连,不需要中间proxy层.客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可

(4)redis-cluster把所有的物理节点映射到\[0-16383\]slot上,cluster 负责维护node<->slot<->value

Hash一致性算法

Redis 集群中内置了 16384（![2^\{14\}][2_14]） 个哈希槽，当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value 时，redis 先对 key 使用 crc16 算法算出一个结果，然后把结果对 16384 求余数，这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽，redis 会根据节点数量大致均等的将哈希槽映射到不同的节点

集群搭建

集群中应该至少有三个节点，每个节点有一备份节点。需要6台服务器。

搭建伪分布式，需要6个redis实例。

搭建集群的步骤：

第一步：创建6个redis实例指定端口从7001到7006

第二步：修改redis.conf 打开Cluster-enable yes前面的注释。

第三步：需要一个ruby脚本。在redis源码文件夹下的src目录下。redis-trib.rb

第四步：把redis-trib.rb文件复制到到redis-cluster目录下。

第五步：执行ruby脚本之前，需要安装ruby环境。

1、yum install ruby

2、yum install rubygems

3、安装redis-trib.rb运行依赖的ruby的包。

\[root@bogon ~\]\# gem install redis-3.0.0.gem

第六步：启动所有的redis实例。

第七步：使用redis-trib.rb创建集群。

./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.25.153:7001   
192.168.25.153:7002 192.168.25.153:7003   
192.168.25.153:7004 192.168.25.153:7005  192.168.25.153:7006

使用客户端连接集群： redis01/redis-cli -p 7001 -c

### 8、redis是单线程，为什么那么快？ ###

1、完全基于内存，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速。数据存在内存中，类似于HashMap，HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1);

2、数据结构简单，对数据操作也简单，Redis中的数据结构是专门进行设计的;

3、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，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗;

4、使用多路I/O复用模型，非阻塞IO;

5、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;

以上几点都比较好理解，下边我们针对多路 I/O 复用模型进行简单的探讨：

多路 I/O 复用模型

多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O 事件的能力，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有 I/O 事件时，就从阻塞态中唤醒，于是程序就会轮询一遍所有的流(epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流)，并且只依次顺序的处理就绪的流，这种做法就避免了大量的无用操作。

这里“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求(尽量减少网络 IO 的时间消耗)，且 Redis 在内存中操作数据的速度非常快，也就是说内存内的操作不会成为影响Redis性能的瓶颈，主要由以上几点造就了 Redis 具有很高的吞吐量。

## 9、**缓存穿透** ##

** 缓存穿透**是指查询一个一定不存在的数据，由于缓存是不命中时需要从[数据库][Link 1]查询，查不到数据则不写入缓存，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询，造成缓存穿透。

解决办法：

**     1.布隆过滤**

对所有可能查询的参数以hash形式存储，在控制层先进行校验，不符合则丢弃。还有最常见的则是采用布隆过滤器，将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中，一个一定不存在的数据会被这个bitmap拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。

**2. 缓存空对象. 将 null 变成一个值.**

也可以采用一个更为简单粗暴的方法，如果一个查询返回的数据为空（不管是数 据不存在，还是系统故障），我们仍然把这个空结果进行缓存，但它的过期时间会很短，最长不超过五分钟。

## 10、**缓存雪崩** ##

是指在我们设置缓存时采用了相同的过期时间，导致缓存在某一时刻同时失效，请求全部转发到DB，DB瞬时压力过重雪崩。

解决方案：

将系统中key的缓存失效时间均匀地错开，防止统一时间点有大量的key对应的缓存失效。比如我们可以在原有的失效时间基础上增加一个随机值，比如1-5分钟随机，这样每一个缓存的过期时间的重复率就会降低，就很难引发集体失效的事件。

### 11、缓存预热 ###

1. nginx+lua将访问量上报到kafka中

要统计出来当前最新的实时的热数据是哪些，我们就得将商品详情页访问的请求对应的流量，日志，实时上报到kafka中，

2. storm从kafka中消费数据，实时统计出每个商品的访问次数，访问次数基于LRU内存数据结构的存储方案

优先用内存中的一个LRUMap去存放，性能高，而且没有外部依赖

否则的话，依赖redis,我们就是要防止reids挂掉数据丢失的情况，就不合适了；用mysql，扛不住高并发读写；用hbase，hadoop生态系统，维护麻烦，太重了，其实我们只要统计出一段时间访问最频繁的商品，然后对它们进行访问计数，同时维护出一个前N个访问最多的商品list即可

计算好每个task大致要存放的商品访问次数的数量，计算出大小，然后构建一个LURMap,apache commons collections有开源的实现，设定好map的最大大小，就会自动根据LRU算法去剔除多余的数据，保证内存使用限制，即使有部分数据被干掉了，然后下次来重新开始技术，也没什么关系，因为如果他被LRU算法干掉，那么它就不是热数据，说明最近一段时间很少访问，

3. 每个storm task启动的时候，基于zk分布式锁，将自己的id写入zk的一个节点中

4. 每个storm task负责完成自己这里的热数据的统计，比如每次计数过后，维护一个钱1000个商品的list，每次计算完都更新这个list

5. 写一个后台线程，每个一段时间，比如一分钟，将排名钱1000的热数据list,同步到zk中

[redis]: http://www.redis.cn/topics/protocol.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h6YXVfaXRkb2c_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220123/e8035503c86744248cab17c3f29f8e46.png
[2_14]: https://private.codecogs.com/gif.latex?2%5E%7B14%7D
[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/mysql

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