Redis缓存雪崩、穿透、击穿应对及常见精选面试题

随着互联网技术的持续发展，各种类型的应用层出不穷，使得当今成为云计算、大数据盛行的时代，因此也对应用的性能要求更高，高并发低延迟、海量数据流量、大规模集群管理已成基础要求。为了克服这些问题，NoSQL技术应运而生，它同时具备了高性能、可扩展性强、高可用等优点，受到开发者的青睐。Redis已成为如今最受欢迎的技术之一，也成了分布式项目中的缓存标配。

Redis常见问题

1，Redis是什么？

Redis 是开源免费的，基于内存的一款高性能 key-value 数据库。也是目前最受欢迎的NoSQL数据库之一，Redis是一个使用ANSI C编写的开源、包含多种数据结构、支持网络、可实现持久化键值对存储数据，其具备如下特性：

• 基于内存运行，性能高效
• 支持多种数据类型，可持久化
• 支持分布式，理论上可以无限扩展
• key-value存储系统
• 单线程运行，操作具有原子性
• 开源的使用ANSI C语言编写、遵守BSD协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API

2，Redis的应用场景有哪些？

Redis的应用场景包括：缓存系统（热点数据：高频读、低频写）、计数器、发布订阅、消息队列、排行榜、分布式锁和实时系统等。

3，Redis的数据类型及主要特性？

Redis提供的数据类型主要分为5种自有类型和一种自定义类型，这5种自有类型包括：String类型、哈希类型、列表类型、集合类型和顺序集合类型。

String类型：

它是一个二进制安全的字符串，意味着它不仅能够存储字符串、还能存储图片、视频等多种类型, 最大长度支持512M。

哈希类型：

该类型是field和关联的value组成的map。其中，field和value都是字符串类型。

列表类型：

该类型是一个插入顺序排序的字符串元素集合, 基于双链表实现。

集合类型：

Set类型是一种无顺序集合, 它和List类型最大的区别是：集合中的元素没有顺序, 且元素是唯一的。

Set类型主要应用于：在某些场景，如社交场景中，通过交集、并集和差集运算，通过Set类型可以非常方便地查找共同好友、共同关注和共同偏好等社交关系。

顺序集合类型：

ZSet是一种有序集合类型，每个元素都会关联一个double类型的分数权值，通过这个权值来为集合中的成员进行从小到大的排序。与Set类型一样，其底层也是通过哈希表实现的。

4，Redis 持久化机制及各自的优缺点？

Redis提供两种持久化机制 RDB 和 AOF 机制:

1）RDB (Redis DataBase)持久化方式；

是用数据快照的方式持久化记录 redis 数据库的所有键值对，在某个时间点将数据写入一个临时文件，持久化结束后，用这个临时文件替换上次持久化的文件存在磁盘上，在Redis故障重启后自动获取这个文件恢复数据。

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，如果持久化之间 redis 发生故障，会发生数据丢失。所以这种方式更适合数据要求不严谨的时候

2）AOF (Append-only file)持久化方式；

采用AOF持久方式时，Redis会把每一个写请求都记录在一个日志文件里。在Redis重启时，会把AOF文件中记录的所有写操作顺序执行一遍，确保数据恢复到最新。AOF默认是关闭的，如要开启，进行如下配置：

appendonly yes

• AOF提供了三种fsync配置，always/everysec/no，通过[appendfsync]指定：appendfsync no：不进行fsync，将flush文件的时机交给OS决定，速度最快；
• appendfsync always：每写入一条日志就进行一次fsync操作，数据安全性最高，但速度最慢；
• appendfsync everysec：折中的做法，交由后台线程每秒fsync一次；

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。

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 常见性能问题和解决方案：

1）Master 上最好不要写内存快照，如果 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。

2）如果数据比较重要，某Slave 开启 AOF 备份数据，策略设置每秒同步一次。

3）为了主从复制速度和连接的稳定性，Master 和 Slave 最好在同一个局域网。

4）尽量避免在压力很大的主库上增加从库。

5）主从复制不要用图状结构，用单向链表结构更为稳定，即：Master <- Slave1<- Slave2 <- Slave3…这样的结构方便解决单点故障问题，实现 Slave 对 Master的替换。如果 Master 挂了，可以立刻启用 Slave1 做 Master，其他不变。

6，Redis 集群实现及集群的原理是什么？

Redis集群实现有两种方式，如下：

1）Redis Sentinal，是着眼于高可用，在 master 宕机时会自动将 slave 提升为master，继续提供服务。

2）Redis Cluster，着眼于扩展性，在单个 redis 内存不足时，使用 Cluster 进行分片存储。

7，redis 过期键的删除策略？

1）定时删除：在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器 timer，让定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除操作。

2）惰性删除：放任键过期不管，但是每次从键空间中获取键时，都检查取得的键是否过期，如果过期的话，就删除该键;如果没有过期，就返回该键。

3）定期删除：每隔一段时间程序就对数据库进行一次检查，删除里面的过期键。至于要删除多少过期键，以及要检查多少个数据库，则由算法决定。

8，使用Redis 做异步队列，你是怎么用的？

一般使用 list 结构作为队列，rpush 生产消息，lpop 消费消息。当 lpop 没有消息的时候，要适当 sleep 一会再重试。关于可不可以不用 sleep？list 还有个指令叫 blpop，在没有消息的时候，它会阻塞住直到消息到来。如果被追问能不能生产一次消费多次呢？那使用 pub/sub 主题订阅者模式，可以实现1:N 的消息队列。

1）pub/sub 有什么缺点？

在消费者下线的情况下，生产的消息会丢失，得使用专业的消息队列如 RabbitMQ等。

2）redis 如何实现延时队列？

使用 sortedset，拿时间戳作为score，消息内容作为 key 调用 zadd 来生产消息，消费者用 zrangebyscore 指令获取 N 秒之前的数据轮询进行处理。

Redis缓存安全防范

分布式项目使用Redis缓存，极大的提升了应用程序的性能和效率，特别是数据查询方面。但同时，它也带来了一些问题。其中，最要害的问题，就是数据的一致性问题，从严格意义上讲，这个问题无解。如果对数据的一致性要求很高，那么就不能使用缓存。另外的一些典型问题，就是缓存穿透、缓存雪崩和缓存击穿。

1，缓存穿透

缓存穿透，是指查询一个数据库一定不存在的数据。正常的使用缓存流程大致是，数据查询先进行缓存查询，如果key不存在或者key已经过期，再对数据库进行查询，并把查询到的对象，放进缓存。如果数据库查询对象为空，则不放进缓存。如果用户发起id为“-1”或id特别大不存在的数据。这时很可能是攻击者，攻击会导致数据库压力过大。

解决方案：

1，接口层增加校验。对id做基础校验，id<=0的直接拦截；

2，从缓存取不到的数据，在数据库中也没有取到，这时也可以将key-value键值对写为key-null，缓存有效时间可以设置短点，如60秒（设置太长会导致正常情况也没法使用），这样可以防止攻击用户反复用同一个id暴力攻击。

2，缓存雪崩

缓存雪崩，是指在某一个时间段，缓存集中过期失效。产生雪崩的原因之一，比如马上就到618了，很快就会迎来一波抢购，这些要抢购的商品在同一时间点（17号23点放入）比较集中的放入了缓存，假设缓存两个小时。那么到了凌晨一点钟的时候，这批商品的缓存就都过期了。而此时对这批商品的访问查询，都落到了数据库身上，这时对于数据库而言，就会带来极大的压力。

解决方案：

1，在设置数据缓存有效期时，在时间后加上一个随机因子。

2，分散缓存过期时间，将热门类数据缓存时间长一点，冷门类的短一点。

3，设置热点数据永不过期。

3，缓存击穿

缓存击穿，是指一个key非常热点，高并发集中对这个点进行访问，当这个key在失效的瞬间，持续的大并发就穿破缓存，直接请求数据库，就像春运期间火车站售票大厅，本来那些设在门口和广场的自助机可以办理售票，结果自助机瞬间全部瘫痪，造成大量买票的人涌进售票大厅人工窗口。

解决方案：

1，设置热点数据永远不过期；

2，加互斥锁，互斥锁参考代码如下：