Redis八股文（一）

1.什么是Redis？

    Redis 是一种基于内存的数据库，对数据的读写操作都是在内存中完成，因此**读写速度非常快**，常用于**缓存，消息队列、分布式锁等场景**。

2.Redis和Memcached有什么区别？

    1）Redis支持的数据类型多，比如：string、list、set、zset、hash等；Memcached只支持最简单的key-value数据类型。

    2）Redis支持数据持久化，Memcached不支持持久化。

    3）Redis支持发布订阅模型、lua脚本、事务等，Memcached不支持。

    4）Redis原生支持集群模式，Memcached没有原生集群模式，需要靠客户端实现往集群中分片写入数据。

   

3.为什么Redis作为MySQL的缓存？

    1）Redis具备**高性能：**用户第一次访问的MySQL数据会缓存在Redis中，下次访问时直接访问缓存。

    2）Redis具备**高并发**：单台设备的Redis的QPS（Query Per Second，每秒钟处理完请求的次数）是MySQL的10倍，直接访问Redis能够承受的请求远大于MySQL。

4.Redis数据类型及其使用场景分别是什么？

    常见的有五种数据类型：**String（字符串），Hash（哈希），List（列表），Set（集合）、Zset（有序集合），**随着 Redis 版本的更新，后面又支持了四种数据类型： **BitMap（2.2 版新增）、HyperLogLog（2.8 版新增）、GEO（3.2 版新增）、Stream（5.0 版新增）**

数据类型****应用场景string缓存对象、分布式锁等list消息队列（生产者需自行实现全局消息唯一ID，不能以消费组形式消费数据）等hash购物车、缓存对象等set点赞、共同关注等zset排行榜、电话等bitmap签到、用户登录状态等hyperloglog百万级网页UV计数等GEO存储地理位置信息的场景，滴滴叫车等stream消息队列（自动生成全局唯一消息ID，支持以消费组形式消费数据）

5.五种常见数据类型是怎么实现的？

   ** Tips：**SDS（简单动态字符串）。SDS相比C语言的原生字符串：

    SDS不仅可以保存文本数据，还可以保存二进制数据，SDS使用len属性的值而不是以空字符串判断字符串结束；

    SDS使用len记录了字符串长度，获取字符串长度的时间复杂度是O(1)，而C语言需要O(n)；

    Redis的SDS API是安全的，拼接字符串不会发生缓冲区溢出，因为底层会自动扩容。

6.Redis是单线程吗？

    **Redis 单线程指的是「接收客户端请求->解析请求 ->进行数据读写等操作->发送数据给客户端」这个过程是由一个线程（主线程）来完成的**，这也是我们常说 Redis 是单线程的原因。

    但是，**Redis不是单线程的**，Redis启动的时候，会启动后台线程（BIO)：

    **Redis 2.6版本之前**，会启动处理关闭文件、AOF刷盘两个线程；

    **Redis 4.0版本之后**，**新增了一个新的后台进程**，**用来异步释放Redis内存，也就是lazyfree线程。**例如执行 unlink key / flushdb async / flushall async 等命令，会把这些删除操作交给后台线程来执行，好处是不会导致 Redis 主线程卡顿。

    后台线程相当于一个消费者，生产者把耗时任务丢到任务队列中，消费者（BIO）不停轮询这个队列，拿出任务就去执行对应的方法即可。

• BIO_CLOSE_FILE，关闭文件任务队列：当队列有任务后，后台线程会调用 close(fd) ，将文件关闭；
• BIO_AOF_FSYNC，AOF刷盘任务队列：当 AOF 日志配置成 everysec 选项后，主线程会把 AOF 写日志操作封装成一个任务，也放到队列中。当发现队列有任务后，后台线程会调用 fsync(fd)，将 AOF 文件刷盘，
• BIO_LAZY_FREE，lazy free 任务队列：当队列有任务后，后台线程会 free(obj) 释放对象 / free(dict) 删除数据库所有对象 / free(skiplist) 释放跳表对象；

7.Redis单线程模式是怎样的？

    Redis 6.0版本之前的单线程模式如下：

    Redis初始化时，创建epoll对象，调用socket()、bind()、listen()创建服务端并监听，然后将监听socket加入到epoll()中，同时注册**连接事件**处理函数。

    Redis初始化后，主线程进入**事件循环**，主要做以下事情：

    1）首先调用**处理发送队列**的函数，判断发送队列是否有任务，如果有，就调用write函数将客户端缓存里的数据发送出去，如果没有发送完，就注册**写事件处理**函数，等待epoll_wait发现可写后处理。

    2）接着**调用epoll_wait等待事件到来**；

            i）**连接事件**到来，调用连接事件处理函数，调用accept获取已连接的socket -> 将socket加入到epoll中 -> 注册读事件处理函数；

            ii）**读事件**到来，调用读事件处理函数，调用read处理客户端发来的数据 -> 解析命令 -> 处理命令 -> 将客户端对象添加到发送队列 -> 将执行结果写到发送缓存区等待发送；

            iii）**写事件**到来，调用写事件处理函数，通过write将客户端缓存区的数据发送出去，如果没有发送完，则会注册写事件处理函数，等待epoll_wait发现可写后处理。

    

8.Redis采用单线程为什么还这么快？

    1）大部分操作都在内存中完成；

    2）单线程模式避免了多线程之间的竞争；        

    3）采用了I/O多路复用处理大量请求。

9.Redis 6.0之前为什么采用单线程？

    单线程可维护性高，多线程会导致一系列问题，如增加系统复杂性、存在线程切换、加锁解锁、死锁造成的性能损耗。

10.Redis 6.0之后为什么采用多线程？

    Redis的主要工作是**网络I/O**和**执行命令**，随着网络硬件性能的提升，Redis在**网络I/O**的处理上会出现性能瓶颈。为了提高网络I/O的并行度，所以**对网络I/O采用多线程**来处理。但是**对于命令的执行，还是采用单线程。**

** 默认情况下，I/O多线程用来处理写数据，不用来处理读数据**。

    Redis 6.0版本后，默认会**额外启动6个线程**：

• Redis-server ： Redis的主线程，主要负责执行命令；
• bio_close_file、bio_aof_fsync、bio_lazy_free：三个后台线程，分别异步处理关闭文件任务、AOF刷盘任务、释放内存任务；
• io_thd_1、io_thd_2、io_thd_3：三个 I/O 线程，io-threads 默认是 4 ，所以会启动 3（4-1）个 I/O 多线程，用来分担 Redis 网络 I/O 的压力

11.Redis如何持久化？

    1）AOF日志：每执行一条**写命令**，就把该命令以追加的方式写入到一个文件中；

    2）RDB快照：将某一时刻的内存数据，以二进制的方式写入磁盘；

    3）混合持久化：AOF和RDB混合的方式。

12.AOF日志如何实现？

    Redis在执行完一条**写命令**操作后，就将该命令以追加的方式写入一个文件中，Redis重启后，会先读取该文件里的命令，然后逐一执行，恢复数据。

13.AOF日志为什么先执行命令，再将该命令写入到文件中？

    1）**避免该命令的额外的检查开销**：防止语法错误的命令写入到日志文件中，在恢复数据时会出错。

    2）**不会阻塞当前写操作的执行**。

14.AOF的缺点？

    1）**数据可能会丢失**：执行命令和将命令写入日志是两个过程，可能还没有将命令写入日志文件中，服务器就发生了宕机，写命令没有写入到文件中，造成数据丢失。

    2）**可能会阻塞其他操作**：因为AOF日志是在主线程中执行的，所以当Redis把日志文件写入磁盘的时候，会阻塞后续的操作。

15.AOF的写回策略有哪些？

    AOF写入日志的过程：

    **Always：**每次写操作完成后，都将AOF日志数据写入到磁盘。

  **  Everysec：**每次写操作完成后，先将命令写入到AOF的内核缓存区，每隔一秒将缓存区的数据写到磁盘里。

    **No：**不由Redis控制写回磁盘的时间。每次写操作完成后，先将命令写入到AOF的内核缓存区，由操作系统决定什么时候将数据写到磁盘。

16.AOF日志过大，会触发什么机制？

   当AOF日志文件大小超过设定的阈值后，触发**AOF重写机制，**来压缩AOF文件。

    **AOF重写机制**：读取当前数据库中的所有键值对，每个键值对都用一条命令记录到**新的AOF文件**中，全部键值对记录完成后，会用新的AOF文件替换掉现有的AOF文件。

17.重写AOF日志的过程是怎样的？

    Redis的重写AOF的过程是由**后台子进程bgrewriteaof**完成的。

    触发重写机制后，会创建**子进程bgrewriteaof，**该子进程会读取当前数据库中的所有键值对，每个键值对都用一条命令记录到**新的AOF文件**中。

    **在重写过程中，主进程可以正常处理命令。**

** Tips：**

** i）为什么是子进程来完成重写AOF日志，而不是子线程？**

** ** 子进程重写AOF文件，避免阻塞主进程处理命令；

** 如果是子线程来处理重写AOF，子线程和主线程共享内存数据，当修改内存数据的时候需要加锁来保证数据安全，降低性能。而使用子进程，虽然父子进程共享内存数据，但是子进程对该共享区域的数据只能可读**，当主进程对内存执行写操作时，会进行写时复制，于是父子进程各自拥有独立的数据副本，不需要加锁来保证数据安全。

** ii）如果在重写过程中，主进程执行写命令更改一个已存在的key-value，会触发写时复制，那么该key-value在子进程和主进程中的内存数据不一致了，这时要怎么办？**

** 为解决这种数据不一致问题，Redis设置了一个AOF重写缓冲区，在bgrewriteaof执行重写AOF的过程中，如果主进程进行了写操作，那么就会将写命令同时写入AOF缓冲区和AOF重写缓冲区**。

            当子进程完成重写工作后，会给主进程发送一个信号，主进程收到信号后，调用一个信号处理函数，该函数的作用是：**将AOF重写缓存区中的内容追加到新的AOF文件中，保证数据一致性；新的AOF进行改名，覆盖现有的AOF文件**。

18.RDB快照是如何实现的？

    记录某一时刻的**所有内存数据**到RDB文件中，恢复数据时，将RDB文件中的数据写入到内存。

19.RDB做快照时会阻塞线程吗？

    Redis提供save和bgsave来生成RDB文件。

    **save**：在主线程中执行该命令，生成RDB文件，如果RDB文件太大，**会阻塞主线程**；

    **bgsave**：会创建一个子进程来生成RDB，**不会阻塞主进程**。

20.为什么会有混合持久化？

    RDB优点是恢复数据快，但是快照的频率太低会丢失大量数据，频率太高会影响性能；AOF文件优点是丢失数据少，但是恢复数据慢。为了集合两者的优点，所以有了混合持久化。

    混合持久化的过程：

  **  混合持久化工作在AOF日志重写的过程**，当开启了混合持久化，重写AOF日志时，fork出来的子进程会**先将与主进程共享的数据以RDB的方式写入到新的AOF文件中**，然后主线程的操作命令会被记录到重写缓冲区中，**重写缓冲区里的增量命令会以AOF方式写入到AOF文件中**，写入完成后通知主进程将含有RDB格式和AOF格式的AOF文件替换旧的AOF文件。

    使用了混合持久化，AOF文件里的前半部分是RDB格式的**全量数据**，后半部分是AOF格式的**增量命令**。

混合持久化的AOF文件内容