Redis核心

基础

Redis是什么？有什么特点？

答案： Redis (Remote Dictionary Server) 是一个开源的内存数据库，支持多种数据结构。

特点：

• 高性能：基于内存，读写速度快（10万+QPS）
• 丰富的数据类型：String、Hash、List、Set、ZSet等
• 持久化：RDB、AOF
• 高可用：主从复制、哨兵、集群
• 原子性：所有操作都是原子性的
• 支持事务：MULTI、EXEC
• 发布订阅：消息队列

Redis的数据类型及应用场景？

答案：

数据类型	底层实现	应用场景
String	SDS	缓存、计数器、分布式锁
Hash	哈希表/压缩列表	对象存储、购物车
List	双向链表/压缩列表	消息队列、文章列表
Set	哈希表/整数集合	标签、共同好友
ZSet	跳表+哈希表	排行榜、延时队列

代码示例：

# String
SET key value
GET key
INCR counter  # 计数器

# Hash
HSET user:1 name Tom age 20
HGET user:1 name
HGETALL user:1

# List
LPUSH list 1 2 3  # 左插入
RPUSH list 4 5 6  # 右插入
LRANGE list 0 -1  # 获取所有

# Set
SADD tags java redis mysql
SMEMBERS tags
SINTER tags1 tags2  # 交集

# ZSet
ZADD rank 100 user1 200 user2
ZRANGE rank 0 -1 WITHSCORES  # 排行榜

Redis为什么这么快？

答案：

1. 基于内存：内存读写速度远超磁盘
2. 单线程模型：避免线程切换和锁竞争（Redis 6.0后网络I/O多线程）
3. I/O多路复用：epoll模型，高效处理并发连接
4. 高效的数据结构：SDS、跳表、压缩列表等
5. 优化的内存管理：jemalloc内存分配器

客户端请求
    ↓
I/O多路复用(epoll)
    ↓
事件分发器
    ↓
单线程处理
    ↓
返回结果

持久化

Redis的持久化方式？

答案：

1. RDB (Redis Database)

• 原理：快照，保存某个时间点的完整数据
• 触发：SAVE、BGSAVE、自动触发
• 优点：文件小，恢复快
• 缺点：可能丢失最后一次快照后的数据

# 配置
save 900 1      # 900秒内至少1个key变化
save 300 10     # 300秒内至少10个key变化
save 60 10000   # 60秒内至少10000个key变化

# 手动触发
SAVE      # 阻塞
BGSAVE    # 后台执行（fork子进程）

2. AOF (Append Only File)

• 原理：记录每个写操作命令
• 优点：数据更完整，最多丢失1秒数据
• 缺点：文件大，恢复慢

# 配置
appendonly yes
appendfsync always    # 每次写入都同步（慢但安全）
appendfsync everysec  # 每秒同步（推荐）
appendfsync no        # 由OS决定（快但不安全）

AOF重写：

# 自动触发
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb

# 手动触发
BGREWRITEAOF

混合持久化（Redis 4.0+）：

• RDB快照 + AOF增量
• 兼顾恢复速度和数据完整性

RDB和AOF如何选择？

答案：

场景	推荐方案
可以容忍分钟级数据丢失	RDB
数据完整性要求高	AOF
生产环境	RDB + AOF混合

缓存

缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩？

答案：

1. 缓存穿透

• 问题：查询不存在的数据，缓存和数据库都没有，每次都打到数据库
• 解决：
  • 布隆过滤器：判断数据是否存在
  • 缓存空值：设置短过期时间

// 布隆过滤器
if (!bloomFilter.contains(key)) {
    return null;  // 数据不存在
}

// 缓存空值
String value = redis.get(key);
if (value == null) {
    value = db.query(key);
    if (value == null) {
        redis.set(key, "", 60);  // 缓存空值60秒
    } else {
        redis.set(key, value, 3600);
    }
}

2. 缓存击穿

• 问题：热点key过期，大量请求同时打到数据库
• 解决：
  • 互斥锁：只让一个线程查数据库
  • 热点数据永不过期

// 互斥锁
String value = redis.get(key);
if (value == null) {
    if (redis.setnx(lock_key, "1", 10)) {  // 获取锁
        value = db.query(key);
        redis.set(key, value, 3600);
        redis.del(lock_key);  // 释放锁
    } else {
        Thread.sleep(100);
        return get(key);  // 重试
    }
}

3. 缓存雪崩

• 问题：大量key同时过期，请求全部打到数据库
• 解决：
  • 过期时间加随机值
  • 多级缓存
  • 限流降级

// 过期时间加随机值
int expire = 3600 + new Random().nextInt(300);  // 3600~3900秒
redis.set(key, value, expire);

如何保证缓存和数据库一致性？

答案：

常见方案：

1. Cache Aside（旁路缓存）

• 读：先读缓存，miss则读数据库并更新缓存
• 写：先更新数据库，再删除缓存

// 读
public User get(Long id) {
    User user = redis.get(id);
    if (user == null) {
        user = db.query(id);
        redis.set(id, user, 3600);
    }
    return user;
}

// 写
public void update(User user) {
    db.update(user);
    redis.del(user.getId());  // 删除缓存
}

为什么删除而不是更新缓存？

• 更新缓存可能浪费（数据可能不会被读取）
• 删除缓存更简单，下次读取时再加载

2. 延迟双删

public void update(User user) {
    redis.del(user.getId());  // 第一次删除
    db.update(user);
    Thread.sleep(500);        // 延迟
    redis.del(user.getId());  // 第二次删除
}

3. 订阅MySQL Binlog

• 使用Canal监听binlog
• 异步更新缓存

分布式锁

如何实现Redis分布式锁？

答案：

基础版本：

// 加锁
SET lock_key unique_value NX EX 30

// 解锁（Lua脚本保证原子性）
if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del", KEYS[1])
else
    return 0
end

Java实现：

public boolean tryLock(String key, String value, int expireTime) {
    return redis.set(key, value, "NX", "EX", expireTime);
}

public void unlock(String key, String value) {
    String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then " +
                    "return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
    redis.eval(script, Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(value));
}

问题和优化：

1. 锁过期问题

• 问题：业务未执行完，锁就过期了
• 解决：Redisson的看门狗机制，自动续期

2. 主从切换问题

• 问题：主节点宕机，从节点未同步锁数据
• 解决：RedLock算法（多个独立Redis实例）

Redisson使用：

RLock lock = redisson.getLock("myLock");
try {
    lock.lock(30, TimeUnit.SECONDS);  // 自动续期
    // 业务逻辑
} finally {
    lock.unlock();
}

高可用

Redis的主从复制原理？

答案：

复制流程：

1. Slave发送PSYNC命令
2. Master执行BGSAVE生成RDB
3. Master发送RDB给Slave
4. Slave加载RDB
5. Master发送缓冲区的写命令
6. 后续增量同步

全量复制 vs 增量复制：

• 全量复制：第一次同步，传输RDB
• 增量复制：后续同步，传输写命令

Redis哨兵(Sentinel)的作用？

答案：

功能：

1. 监控：检测Master和Slave是否正常
2. 通知：故障时通知管理员
3. 自动故障转移：Master宕机时选举新Master
4. 配置提供：客户端连接哨兵获取Master地址

故障转移流程：

1. 哨兵检测到Master下线
2. 多数哨兵确认（主观下线→客观下线）
3. 选举Leader哨兵
4. Leader选择一个Slave升级为Master
5. 其他Slave指向新Master
6. 通知客户端

Redis集群(Cluster)的原理？

答案：

特点：

• 无中心架构
• 数据分片存储（16384个槽）
• 支持主从复制
• 自动故障转移

槽分配：

CRkey) % 16384 = slot

数据迁移：

• 节点间通过Gossip协议通信
• 槽可以在线迁移

练习题

1. Redis的过期策略和内存淘汰策略？
2. Redis的单线程模型为什么还能支持高 如何用Redis实现延时队列？
3. Redis的跳表是什么？为什么用跳表而不是红黑树？