1. Redis 簡(jiǎn)介

• 定義：Redis 是一個(gè)用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的高性能非關(guān)系型（NoSQL）鍵值對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)。
• 數(shù)據(jù)類(lèi)型：鍵的類(lèi)型只能為字符串，值支持五種數(shù)據(jù)類(lèi)型：字符串(String)、列表(List)、集合(Set)、散列表(Hash)、有序集合(Zset)。
• 存儲(chǔ)方式：數(shù)據(jù)存在內(nèi)存中，讀寫(xiě)速度快。
• 應(yīng)用場(chǎng)景：緩存、分布式鎖、事務(wù)處理、持久化、LUA腳本執(zhí)行、LRU驅(qū)動(dòng)事件、多種集群方案。

2. Redis 優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：
  • 讀寫(xiě)快：基于內(nèi)存操作和底層線程模型。
  • 數(shù)據(jù)持久化：支持 AOF 和 RDB 持久化機(jī)制。
  • 事務(wù)支持：Redis 操作是原子性的，支持合并后的原子性執(zhí)行。
  • 豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：除了字符串外還支持 hash、set、zset、list 等。
  • 主從復(fù)制：主機(jī)會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)同步到從機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)分離。
  • 多種集群模式。
• 缺點(diǎn)：
  • 容量限制：數(shù)據(jù)庫(kù)容量受物理內(nèi)存限制。
  • 主從復(fù)制局限：不具備自動(dòng)容錯(cuò)和恢復(fù)功能，主機(jī)宕機(jī)可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。
• 常見(jiàn)問(wèn)題：
  • 緩存擊穿 -> 熱點(diǎn)key過(guò)期，高并發(fā)請(qǐng)求打到數(shù)據(jù)庫(kù) -> 設(shè)置合理的緩存失效時(shí)間
  • 緩存穿透 -> 訪問(wèn)不存在的key，惡意攻擊數(shù)據(jù)庫(kù) -> 針對(duì)接口限流、針對(duì)用戶限流、使用布隆過(guò)濾器（Bloom Filter）防止穿透
  • 緩存雪崩 -> 大量key集中失效，大量請(qǐng)求打到數(shù)據(jù)庫(kù) -> 數(shù)據(jù)預(yù)熱、分布式部署緩存服務(wù)器

3. Redis 高性能

• 基于內(nèi)存操作，類(lèi)似 HashMap 的查找效率。
• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，專(zhuān)為高效操作設(shè)計(jì)。
• 單線程模型，避免上下文切換和競(jìng)爭(zhēng)條件。
• 使用多路 I/O 復(fù)用模型，非阻塞 IO。
• 自構(gòu)建 VM 機(jī)制，優(yōu)化內(nèi)存使用。

4. Redis VM 機(jī)制

• 開(kāi)啟 VM 功能可實(shí)現(xiàn)冷熱數(shù)據(jù)分離，提高訪問(wèn)速度。
• 自行管理交換文件，減少I(mǎi)O操作，提高效率。

5. Redis 數(shù)據(jù)類(lèi)型

• String：支持字符串、整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)的操作。
  • SDS 柔性數(shù)組對(duì)象(不限長(zhǎng)度的char[])，記錄了已用字符串len，未用字符串free，不需要讀結(jié)尾 \0
• List：雙向鏈表，支持兩端壓入彈出元素。
  • quickList、zipList(數(shù)組)/listPack(鏈表)
• Set：無(wú)序集合，支持交集、并集等操作。
  • intset(value 為整數(shù)類(lèi)型，元素少于 set-max-intset-entries 配置值時(shí)使用此結(jié)構(gòu)) / dict
• Zset：有序集合，支持排序操作。
  • skipList(跳表)
• Hash：包含鍵值對(duì)的無(wú)序散列表。
  • listPack / dict -> Hashtable 擴(kuò)容和漸進(jìn)式 Rehash (在rehash過(guò)程中，同時(shí)使用原哈希表和新哈希表來(lái)進(jìn)行鍵值對(duì)的查找和插入操作, 實(shí)現(xiàn)平滑的哈希表擴(kuò)容，保證并發(fā)訪問(wèn)，避免 rehash 過(guò)程出現(xiàn)大量的哈希沖突)

6. 應(yīng)用場(chǎng)景

• 計(jì)數(shù)器：利用 String 類(lèi)型進(jìn)行自增自減操作。
• 緩存：熱點(diǎn)數(shù)據(jù)緩存，提高讀取速度。
• 會(huì)話緩存：統(tǒng)一存儲(chǔ)多臺(tái)服務(wù)器會(huì)話信息。
• 全頁(yè)緩存 (FPC)：用于快速加載瀏覽過(guò)的頁(yè)面。
• 查找表：如 DNS 記錄。
• 消息隊(duì)列：使用 List 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的消息隊(duì)列。
• 分布式鎖：使用 SETNX 命令實(shí)現(xiàn)。
• 其他應(yīng)用：如排行榜、共同好友等功能。

7. 持久化

• RDB：定期快照保存，性能高但安全性較低。（BGSAVE）
• AOF：記錄每次寫(xiě)命令，數(shù)據(jù)安全但文件較大。

總結(jié)：通常同時(shí)使用兩種機(jī)制，優(yōu)先加載 AOF 文件恢復(fù)數(shù)據(jù)。

8. 過(guò)期策略

• 定時(shí)過(guò)期：立即清除過(guò)期數(shù)據(jù)，占用 CPU 資源。
• 惰性過(guò)期：訪問(wèn)時(shí)檢查是否過(guò)期，節(jié)省 CPU 資源。
• 定期過(guò)期：定期掃描并清除 expires 字典中一定數(shù)量的過(guò)期數(shù)據(jù)，平衡 CPU 和內(nèi)存資源。

9. 內(nèi)存相關(guān)

• 淘汰策略：篩選范圍分為全局的和設(shè)置過(guò)期時(shí)間的鍵空間選擇性移除；常用算法有：當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)移除最近最少使用的 key （LRU 算法）或隨機(jī)移除 key (Random 算法)，還有 LFU 算法和 TTL 算法。
• 內(nèi)存優(yōu)化：使用集合類(lèi)型(hash，set，zset，list)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，減少內(nèi)存占用。

10. 線程模型

• 單 Reactor 多線程模型：基于 Reactor 模式實(shí)現(xiàn)了核心組件 - 文件事件處理器：使用 I/O 多路復(fù)用監(jiān)聽(tīng)多個(gè)套接字， 并發(fā)送產(chǎn)生事件的套接字給文件事件分派器（單線程），分派器根據(jù)套接字執(zhí)行的任務(wù)類(lèi)型調(diào)用不同的事件處理器。
• 事件循環(huán)（Event Loop）：基于事件驅(qū)動(dòng)的異步非阻塞的網(wǎng)絡(luò)通信模型，它通過(guò)監(jiān)聽(tīng)和處理事件來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信和其他任務(wù)的處理， I/O 多路復(fù)用 是事件循環(huán)機(jī)制用于檢測(cè)文件描述符活動(dòng)狀態(tài)的一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

11. 事務(wù)

• 概念：通過(guò) MULTI、EXEC、WATCH 等命令實(shí)現(xiàn)，保證一次性、順序性、排他性地執(zhí)行一系列命令。
• 特性：支持原子性和隔離性，但不支持回滾。
• Lua 腳本：保證腳本內(nèi)命令的一次性執(zhí)行，同樣不提供回滾。

12. 集群

• 主從復(fù)制
  • 讀寫(xiě)分離
  • 1. 全量復(fù)制 - RDB；
  • 2. 基于長(zhǎng)連接的命令傳播；
  • 3. 增量復(fù)制 - repl_backlog_buffer環(huán)形緩沖區(qū) + master_repl_offset / slave_repl_offset
• Sentinel 哨兵模式
  • 實(shí)時(shí)監(jiān)控 & 故障轉(zhuǎn)移 （定期PING -> 主觀下線 -> 客觀下線 -> 故障轉(zhuǎn)移，注意不是領(lǐng)導(dǎo)者下線而是主節(jié)點(diǎn)下線）
  • Sentinel 領(lǐng)導(dǎo)者選舉 - Raft 一致性算法（候選者狀態(tài) -> 提名和投票 -> 選舉過(guò)程[等待贊成票] -> 防止分裂 -> 領(lǐng)導(dǎo)者維持）
• Cluster 模式
  • 三種分片方案（客戶端分片、代理層分片以及 Redis Cluster - 解決橫向擴(kuò)展問(wèn)題）
  • Redis Cluster 方案：一致性哈希 分片，Gossip 協(xié)議 信息交換
  • 節(jié)點(diǎn)通信與故障檢測(cè)
  • 主從復(fù)制
  • 數(shù)據(jù)遷移
  • 客戶端路由