Redis：面试几十多家公司，这些必须掌握

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有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。

——拉蒂默

面试时有关Redis有关的问题经常被问住，然后在网上找了大量相关的资料，整理出来，和大家一起学习。

学习一个技术的时候，要学会问自己三个问题：

1、是什么？

2、为什么？

3、怎么做？

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Redis简介

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Redis是一个高性能的key-value数据库

基于特殊的结构，并将数据存储到内存的数据库

Redis和其他key-value型数据库的对比的特点：

1. Redis数据库支持持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中。
2. 启动Redis时，可以加载磁盘中的数据到内存中。
3. Redis还提供其他的数据存储结构，比如list、set、zset、hash等。
4. Redis可支持事物。
5. Redis搭建集群，支持master-slave模式的数据备份。

Redis和其他key-value型数据库的对比的优势：

1. Redis的读写性能极高，Redis读的速度是10000次/s，写的速度是81000次/s。
2. 支持多种数据类型，有Strings、lists、hashes、sets、ordered sets。
3. Redis的操作是具有原子性的。原子性意思就是要么一组操作全部成功执行，要么一组操作全部失败，不执行。通过MULTI和EXEC指令包起来。
4. Redis还支持public（发布）/sbuscribe（订阅）、设置key过期时间等特性。

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Redis数据类型

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Redis支持五种数据类型：

String（字符串）

Hash（哈希）

List（列表）

Set（集合）

Zset（sorted set：有序集合）

String是Redis最基本的数据类型，是二进制安全的，就是说String类型可以包含任何数据。比如序列化的对象或者JPG图片，而且该类型的值最大能存储512MB。

如何更好理解String呢？

和Java中的map数据类型一样，一个key对应一个value

在交互式命令行中操作

127.0.0.1:6379> set hello world
OK
127.0.0.1:6379> get hello
"world"

Hash是一个键值对（key-value）集合。

Hash是String类型的key和value的映射表，而且hash适合存储对象。

如何更好理解hash呢？

将hash看成一个key-value集合。也可以一个hash中有多个string。（与string的区别显而易见，string是一个key-value键值对，而hash是多个key-value键值对）

在交互式命令行中操作：

// hash-key 可以看成是一个键值对集合的名字,在这里分别为其添加了 sub-key1 : value1、
sub-key2 : value2、sub-key3 : value3 这三个键值对
127.0.0.1:6379> hset hash-key sub-key1 value1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset hash-key sub-key2 value2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset hash-key sub-key3 value3
(integer) 1
// 获取 hash-key 这个 hash 里面的所有键值对
127.0.0.1:6379> hgetall hash-key
1) "sub-key1"
2) "value1"
3) "sub-key2"
4) "value2"
5) "sub-key3"
6) "value3"
// 删除 hash-key 这个 hash 里面的 sub-key2 键值对
127.0.0.1:6379> hdel hash-key sub-key2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hget hash-key sub-key2
(nil)
127.0.0.1:6379> hget hash-key sub-key1
"value1"
127.0.0.1:6379> hgetall hash-key
1) "sub-key1"
2) "value1"
3) "sub-key3"
4) "value3"

List是Redis中简单的字符串列表，按照插入顺序进行排序。我们在插入数据时，可以从左边或者右边插入元素。

在交互式命令行中操作：

127.0.0.1:6379> rpush list-key v1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> rpush list-key v2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> rpush list-key v1
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lrange list-key 0 -1
1) "v1"
2) "v2"
3) "v1"
127.0.0.1:6379> lindex list-key 1
"v2"
127.0.0.1:6379> lpop list
(nil)
127.0.0.1:6379> lpop list-key
"v1"
127.0.0.1:6379> lrange list-key 0 -1
1) "v2"
2) "v1"

从上面可以看出和Java中的list相差不大，区别在于Redis中的list存放的是字符串，list内的元素可以重复。

Set是Redis数据类型中的无序集合，集合是通过hash表实现的，所以插入、删除、查找时间复杂度都是O(1)。

在交互式命令行中操作：

127.0.0.1:6379> sadd k1 v1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd k1 v2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd k1 v3
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd k1 v1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> smembers k1
1) "v3"
2) "v2"
3) "v1"
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> sismember k1 k4
(integer) 0
127.0.0.1:6379> sismember k1 v1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> srem k1 v2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> srem k1 v2
(integer) 0
127.0.0.1:6379> smembers k1
1) "v3"
2) "v1"

Redis中的set和Java中的set相比较，还是有些不同的。Redis中的set是一个key对应着多个字符串的value，同时还是一个字符串类型的集合。

Redis中的set和list不同之处在于，set中的字符串集合元素不能重复。

Sorted-Sets和Sets类型极为相似，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。

使用场景：游戏排名、微博热点话题等

Zset是和Redis set一样属于字符串类型元素的集合，集合中的元素不能重复。

zset和set不同在于，zset每个元素会关联一个double类型的分数。Redis会通过这个分数对集合中的元素进行从小到大的排序。

zset中的分数（score）是可以重复的，元素是唯一的。

在交互式命令行中操作：

127.0.0.1:6379> zadd zset-key 728 member1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd zset-key 982 member0
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd zset-key 982 member0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> zrange zset-key 0 -1 withscores
1) "member1"
2) "728"
3) "member0"
4) "982"
127.0.0.1:6379> zrangebyscore zset-key 0 800 withscores
1) "member1"
2) "728"
127.0.0.1:6379> zrem zset-key member1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zrem zset-key member1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> zrange zset-key 0 -1 withscores
1) "member0"
2) "982"

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Redis的事物

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Redis的事物：一次可以执行多条命令。并且在提交命令后，服务器执行命令期间，不会去执行其他的客户端的命令请求。

这些命令是一次性发送给服务器，不是一条一条地发送，即流水线。这样有个好处，就是减少客户端和服务器之间的网络通信次数，从而大大提高了性能。

Redis事物实现方式：

最简单的实现方式是使用MULTI 和 EXEC 命令将事务操作包围起来。然后进行批量操作在发送EXEC命令前被放入队列缓存。在收到EXEC命令后进入事物执行，但事物中的任意一条命令执行失败，其他命令依然可以被执行，换句话说就是Redis事物不能保证原子性。

在进行事物执行过程中，其他的客户端提交过来的请求不会插入到事物执行命令序列中去。

在交互式命令行中进行事物操作：

先以 MULTI 开始一个事务， 然后将多个命令入队到事务中， 最后由 EXEC 命令触发事务， 一并执行事务中的所有命令：

redis 127.0.0.1:6379> MULTI
OK
redis 127.0.0.1:6379> SET book-name "Mastering C++ in 21 days"
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> GET book-name
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> SADD tag "C++" "Programming" "Mastering Series"
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS tag
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) "Mastering C++ in 21 days"
3) (integer) 3
4) 1) "Mastering Series"
   2) "C++"
   3) "Programming"

由于Redis没有在事物上增加任何维持原子性的机制，所以单个Redis命令的执行时原子性的，Redis事物的执行并不是原子性的。

这是官网上的说明 From redis docs on transactions:

It's important to note that even when a command fails, all the other commands in the queue are processed – Redis will not stop the processing of commands.

意思是说，需要注意的是，即使一个命令失败，队列中的所有其他命令都会被处理——Redis不会停止对命令的处理。

Redis事物常见命令：

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。

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Redis的持久化

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众所周知，Redis是基于内存的数据库，有时候为了保证数据不丢失，需要将内存中的数据持久化到硬盘上。

Redis提供了两种持久化的方式：RDB（默认）和AOF

RDB：Redis DataBase缩写。

可以将将某个时间点对应的所有数据都存放到硬盘上。

可以进行快照，如果数据量大，保存快照实践比较长。在一个服务器产生的快照，可以复制到其他服务器上，从而创建具有相同数据的服务器副本。

当系统发生故障时候，快照之前的数据会保存下来，快照之后的数据会丢失。

AOF：Append-only file缩写

Redis先存储文件到缓冲区，然后由操作系统决定什么时候同步到磁盘。So，将命令添加到AOF文件的末尾，在使用AOF持久化需要设置同步选项，才能保证写命令同步到磁盘文件上的时机。

比较：

1、AOF文件比RDB更新频率高，优先使用AOF还原数据。

2、AOF比RDB更安全也更大

3、RDB性能比AOF好

4、如果两个都配了优先加载AOF

选项同步机制有两种：选项同步频率always和everysec 选项。

eyerysec每秒同步一次，不是让操作系统来决定何时同步，严重减低服务器的性能。

everysec保证系统崩溃时只会丢失一秒左右的数据，并且 Redis 每秒执行一次同步对服务器几乎没有任何影响。

Redis 提供了一种将 AOF 重写的特性，能够去除 AOF 文件中的冗余写命令。用来解决服务器写请求的增多，导致AOF 文件会越来越大问题。

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Redis集群模式

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主从复制：

通过使用 slave of host port 命令来让一个服务器成为另一个服务器的从服务器。

一个从服务器只能有一个主服务器，并且不支持主主复制。

只要主从服务器之间的网络连接正常，主从服务器两者会具有相同的数据，主服务器就会一直将发生在自己身上的数据更新同步 给从服务器，从而一直保证主从服务器的数据相同。

特点：

1、master/slave 角色

2、master/slave 数据相同

3、降低 master 读压力在转交从库

问题：

无法保证高可用

没有解决 master 写的压力

哨兵：

Sentinel（哨兵）可以监听集群中的服务器，并在主服务器进入下线状态时，自动从从服务器中选举处新的主服务器。

哨兵模式：

特点：

1、保证高可用

2、监控各个节点

3、自动故障迁移

缺点：

主从模式，切换需要时间丢数据

没有解决 master 写的压力

分片：

分片是将数据划分为多个部分的方法，可以将数据存储到多台机器里面，这种方法在解决某些问题时可以获得线性级别的性能提升。

切片分为三种：客户端分片、代理分片、服务器分片

集群（代理型）：

Twemproxy 是一个 Twitter 开源的一个 redis 和 memcache 快速/轻量级代理服务器；Twemproxy 是一个快速的单线程代理程序，支持 Memcached ASCII 协议和 redis 协议。

特点：

1、多种 hash 算法

2、支持失败节点自动删除

3、后端 Sharding 分片逻辑对业务透明，业务方的读写方式和操作单个 Redis 一致

缺点：

增加了新的 proxy，需要维护其高可用。

failover 逻辑需要自己实现，其本身不能支持故障的自动转移可扩展性差，进行扩缩容都需要手动干预

集群（直连型）：

从redis 3.0之后版本支持redis-cluster集群，Redis-Cluster采用无中心结构，每个节点保存数据和整个集群状态,每个节点都和其他所有节点连接。

特点：

1、无中心架构（不存在哪个节点影响性能瓶颈），少了 proxy 层。

2、数据按照 slot 存储分布在多个节点，节点间数据共享，可动态调整数据分布。

3、可扩展性，可线性扩展到 1000 个节点，节点可动态添加或删除。

4、高可用性，部分节点不可用时，集群仍可用。通过增加 Slave 做备份数据副本

5、实现故障自动 failover，节点之间通过 gossip 协议交换状态信息，用投票机制完成 Slave到 Master 的角色提升。

缺点：

1、资源隔离性较差，容易出现相互影响的情况。

2、数据通过异步复制,不保证数据的强一致性