壓箱底的干貨！干貨！——Redis面試系列（二）

Redis 如何做內(nèi)存優(yōu)化？
答：盡可能使用散列表（hashes），散列表（是說散列表里面存儲的數(shù)少）使用的內(nèi)存非常小，所以你應(yīng)該盡可能的將你的數(shù)據(jù)模型抽象到一個(gè)散列表里面。比如你的 web 系統(tǒng)中有一個(gè)用戶對象，不要為這個(gè)用戶的名稱，姓氏，郵箱，密碼設(shè)置單獨(dú)的 key,而是應(yīng)該把這個(gè)用戶的所有信息存儲到一張散列表里面。

Redis 回收進(jìn)程如何工作的？
答：一個(gè)客戶端運(yùn)行了新的命令，添加了新的數(shù)據(jù)。Redi 檢查內(nèi)存使用情況，如果大于 maxmemory 的限制, 則根據(jù)設(shè)定好的策略進(jìn)行回收。一個(gè)新的命令被執(zhí)行，等等。所以我們不斷地穿越內(nèi)存限制的邊界，通過不斷達(dá)到邊界然后不斷地回收回到邊界以下。如果一個(gè)命令的結(jié)果導(dǎo)致大量內(nèi)存被使用（例如很大的集合的交集保存到一個(gè)新的鍵），不用多久內(nèi)存限制就會被這個(gè)內(nèi)存使用量超越。

都有哪些辦法可以降低 Redis 的內(nèi)存使用情況呢？
答：如果你使用的是 32 位的 Redis 實(shí)例，可以好好利用 Hash,list,sorted set,set等集合類型數(shù)據(jù)，因?yàn)橥ǔＧ闆r下很多小的 Key-Value 可以用更緊湊的方式存放到一起。

Redis 的內(nèi)存用完了會發(fā)生什么？
答：如果達(dá)到設(shè)置的上限，Redis 的寫命令會返回錯誤信息（但是讀命令還可以正常返回。）或者你可以將 Redis 當(dāng)緩存來使用配置淘汰機(jī)制，當(dāng) Redis 達(dá)到內(nèi)存上限時(shí)會沖刷掉舊的內(nèi)容。

一個(gè) Redis 實(shí)例最多能存放多少的 keys？List、Set、Sorted Set 他們最多能存放多少元素？
答：理論上 Redis 可以處理多達(dá) 232 的 keys，并且在實(shí)際中進(jìn)行了測試，每個(gè)實(shí)例至少存放了 2 億 5 千萬的 keys。我們正在測試一些較大的值。任何 list、set、和 sorted set 都可以放 232 個(gè)元素。換句話說，Redis 的存儲極限是系統(tǒng)中的可用內(nèi)存值。

MySQL 里有 2000w 數(shù)據(jù)，redis 中只存 20w 的數(shù)據(jù)，如何保證 redis 中的數(shù)據(jù)都是熱點(diǎn)數(shù)據(jù)？
答：Redis 內(nèi)存數(shù)據(jù)集大小上升到一定大小的時(shí)候，就會施行數(shù)據(jù)淘汰策略。

相關(guān)知識：Redis 提供 6 種數(shù)據(jù)淘汰策略：

volatile-lru：從已設(shè)置過期時(shí)間的數(shù)據(jù)集（server.db[i].expires）中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰

volatile-ttl：從已設(shè)置過期時(shí)間的數(shù)據(jù)集（server.db[i].expires）中挑選將要過期的數(shù)據(jù)淘汰

volatile-random：從已設(shè)置過期時(shí)間的數(shù)據(jù)集（server.db[i].expires）中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰

allkeys-lru：從數(shù)據(jù)集（server.db[i].dict）中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰

allkeys-random：從數(shù)據(jù)集（server.db[i].dict）中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰

no-enviction（驅(qū)逐）：禁止驅(qū)逐數(shù)據(jù)

Redis 最適合的場景？
1、會話緩存（Session Cache）

最常用的一種使用 Redis 的情景是會話緩存（session cache）。用 Redis 緩存會話比其他存儲（如 Memcached）的優(yōu)勢在于：Redis 提供持久化。當(dāng)維護(hù)一個(gè)不是嚴(yán)格要求一致性的緩存時(shí)，如果用戶的購物車信息全部丟失，大部分人都會不高興的，現(xiàn)在，他們還會這樣嗎？ 幸運(yùn)的是，隨著 Redis 這些年的改進(jìn)，很容易找到怎么恰當(dāng)?shù)氖褂?Redis 來緩存會話的文檔。甚至廣為人知的商業(yè)平臺Magento 也提供 Redis 的插件。

2、全頁緩存（FPC）

除基本的會話 token 之外，Redis 還提供很簡便的 FPC 平臺?；氐揭恢滦詥栴}，即使重啟了 Redis 實(shí)例，因?yàn)橛写疟P的持久化，用戶也不會看到頁面加載速度的下降，這是一個(gè)極大改進(jìn)，類似 PHP 本地 FPC。 再次以 Magento 為例，Magento提供一個(gè)插件來使用 Redis 作為全頁緩存后端。 此外，對 WordPress 的用戶來說，Pantheon 有一個(gè)非常好的插件 wp-redis，這個(gè)插件能幫助你以最快速度加載你曾瀏覽過的頁面。

3、隊(duì)列

Reids 在內(nèi)存存儲引擎領(lǐng)域的一大優(yōu)點(diǎn)是提供 list 和 set 操作，這使得 Redis能作為一個(gè)很好的消息隊(duì)列平臺來使用。Redis 作為隊(duì)列使用的操作，就類似于本地程序語言（如 Python）對 list 的 push/pop 操作。 如果你快速的在 Google中搜索“Redis queues”，你馬上就能找到大量的開源項(xiàng)目，這些項(xiàng)目的目的就是利用 Redis 創(chuàng)建非常好的后端工具，以滿足各種隊(duì)列需求。例如，Celery 有一個(gè)后臺就是使用 Redis 作為 broker，你可以從這里去查看。

4，排行榜/計(jì)數(shù)器

Redis 在內(nèi)存中對數(shù)字進(jìn)行遞增或遞減的操作實(shí)現(xiàn)的非常好。集合（Set）和有序集合（Sorted Set）也使得我們在執(zhí)行這些操作的時(shí)候變的非常簡單，Redis 只是正好提供了這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所以，我們要從排序集合中獲取到排名最靠前的 10個(gè)用戶–我們稱之為“user_scores”，我們只需要像下面一樣執(zhí)行即可： 當(dāng)然，這是假定你是根據(jù)你用戶的分?jǐn)?shù)做遞增的排序。如果你想返回用戶及用戶的分?jǐn)?shù)，你需要這樣執(zhí)行： ZRANGE user_scores 0 10 WITHSCORES Agora Games 就是一個(gè)很好的例子，用 Ruby 實(shí)現(xiàn)的，它的排行榜就是使用 Redis 來存儲數(shù)據(jù)的，你可以在這里看到。

5、發(fā)布/訂閱

最后（但肯定不是最不重要的）是 Redis 的發(fā)布/訂閱功能。發(fā)布/訂閱的使用場景確實(shí)非常多。我已看見人們在社交網(wǎng)絡(luò)連接中使用，還可作為基于發(fā)布/訂閱的腳本觸發(fā)器，甚至用 Redis 的發(fā)布/訂閱功能來建立聊天系統(tǒng)！

假如 Redis 里面有 1 億個(gè) key，其中有 10w 個(gè) key 是以某個(gè)固定的已知的前綴開頭的，如果將它們?nèi)空页鰜恚?br/>答：使用 keys 指令可以掃出指定模式的 key 列表。

如果這個(gè) redis 正在給線上的業(yè)務(wù)提供服務(wù)，那使用 keys 指令會有什么問題？
這個(gè)時(shí)候你要回答 redis 關(guān)鍵的一個(gè)特性：redis 的單線程的。keys 指令會導(dǎo)致線程阻塞一段時(shí)間，線上服務(wù)會停頓，直到指令執(zhí)行完畢，服務(wù)才能恢復(fù)。這個(gè)時(shí)候可以使用 scan 指令，scan 指令可以無阻塞的提取出指定模式的 key 列表，但是會有一定的重復(fù)概率，在客戶端做一次去重就可以了，但是整體所花費(fèi)的時(shí)間會比直接用 keys 指令長。

如果有大量的 key 需要設(shè)置同一時(shí)間過期，一般需要注意什么？
答：如果大量的 key 過期時(shí)間設(shè)置的過于集中，到過期的那個(gè)時(shí)間點(diǎn)，redis 可能會出現(xiàn)短暫的卡頓現(xiàn)象。一般需要在時(shí)間上加一個(gè)隨機(jī)值，使得過期時(shí)間分散一些。

使用過 Redis 做異步隊(duì)列么，你是怎么用的？
答：一般使用 list 結(jié)構(gòu)作為隊(duì)列，rpush 生產(chǎn)消息，lpop 消費(fèi)消息。當(dāng) lpop 沒有消息的時(shí)候，要適當(dāng) sleep 一會再重試。如果對方追問可不可以不用 sleep 呢？list 還有個(gè)指令叫 blpop，在沒有消息的時(shí)候，它會阻塞住直到消息到來。如果對方追問能不能生產(chǎn)一次消費(fèi)多次呢？使用 pub/sub 主題訂閱者模式，可以實(shí)現(xiàn)1:N 的消息隊(duì)列。

如果對方追問 pub/sub 有什么缺點(diǎn)？
在消費(fèi)者下線的情況下，生產(chǎn)的消息會丟失，得使用專業(yè)的消息隊(duì)列如 RabbitMQ等。

如果對方追問 redis 如何實(shí)現(xiàn)延時(shí)隊(duì)列？
我估計(jì)現(xiàn)在你很想把面試官一棒打死如果你手上有一根棒球棍的話，怎么問的這么詳細(xì)。但是你很克制，然后神態(tài)自若的回答道：使用 sortedset，拿時(shí)間戳作為score，消息內(nèi)容作為 key 調(diào)用 zadd 來生產(chǎn)消息，消費(fèi)者用 zrangebyscore 指令獲取 N 秒之前的數(shù)據(jù)輪詢進(jìn)行處理。到這里，面試官暗地里已經(jīng)對你豎起了大拇指。但是他不知道的是此刻你卻豎起了中指，在椅子背后。

使用過 Redis 分布式鎖么，它是什么回事？
先拿 setnx 來爭搶鎖，搶到之后，再用 expire 給鎖加一個(gè)過期時(shí)間防止鎖忘記了釋放。

這時(shí)候?qū)Ψ綍嬖V你說你回答得不錯，然后接著問如果在 setnx 之后執(zhí)行 expire之前進(jìn)程意外 crash 或者要重啟維護(hù)了，那會怎么樣？這時(shí)候你要給予驚訝的反饋：唉，是喔，這個(gè)鎖就永遠(yuǎn)得不到釋放了。緊接著你需要抓一抓自己得腦袋，故作思考片刻，好像接下來的結(jié)果是你主動思考出來的，然后回答：我記得 set 指令有非常復(fù)雜的參數(shù)，這個(gè)應(yīng)該是可以同時(shí)把 setnx 和expire 合成一條指令來用的！對方這時(shí)會顯露笑容，心里開始默念：摁，這小子還不錯。

Redis的應(yīng)用場景
總結(jié)一：

計(jì)數(shù)器

可以對 String 進(jìn)行自增自減運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器功能。

Redis 這種內(nèi)存型數(shù)據(jù)庫的讀寫性能非常高，很適合存儲頻繁讀寫的計(jì)數(shù)量。

緩存

將熱點(diǎn)數(shù)據(jù)放到內(nèi)存中，設(shè)置內(nèi)存的最大使用量以及淘汰策略來保證緩存的命中率。

會話緩存

可以使用 Redis 來統(tǒng)一存儲多臺應(yīng)用服務(wù)器的會話信息。

當(dāng)應(yīng)用服務(wù)器不再存儲用戶的會話信息，也就不再具有狀態(tài)，一個(gè)用戶可以請求任意一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器，從而更容易實(shí)現(xiàn)高可用性以及可伸縮性。

全頁緩存（FPC）

除基本的會話token之外，Redis還提供很簡便的FPC平臺。

以Magento為例，Magento提供一個(gè)插件來使用Redis作為全頁緩存后端。此外，對WordPress的用戶來說，Pantheon有一個(gè)非常好的插件 wp-redis，這個(gè)插件能幫助你以最快速度加載你曾瀏覽過的頁面。

查找表

例如 DNS 記錄就很適合使用 Redis 進(jìn)行存儲。

查找表和緩存類似，也是利用了 Redis 快速的查找特性。但是查找表的內(nèi)容不能失效，而緩存的內(nèi)容可以失效，因?yàn)榫彺娌蛔鳛榭煽康臄?shù)據(jù)來源。

消息隊(duì)列(發(fā)布/訂閱功能)

List 是一個(gè)雙向鏈表，可以通過 lpush 和 rpop 寫入和讀取消息

不過最好使用 Kafka、RabbitMQ 等消息中間件。

分布式鎖實(shí)現(xiàn)

在分布式場景下，無法使用單機(jī)環(huán)境下的鎖來對多個(gè)節(jié)點(diǎn)上的進(jìn)程進(jìn)行同步。

可以使用 Redis 自帶的 SETNX 命令實(shí)現(xiàn)分布式鎖，除此之外，還可以使用官方提供的 RedLock 分布式鎖實(shí)現(xiàn)。

其它

Set 可以實(shí)現(xiàn)交集、并集等操作，從而實(shí)現(xiàn)共同好友等功能。

ZSet 可以實(shí)現(xiàn)有序性操作，從而實(shí)現(xiàn)排行榜等功能。

總結(jié)二：

Redis相比其他緩存，有一個(gè)非常大的優(yōu)勢，就是支持多種數(shù)據(jù)類型。

數(shù)據(jù)類型說明string字符串，最簡單的k-v存儲hashhash格式，value為field和value，適合ID-Detail這樣的場景。list簡單的list，順序列表，支持首位或者末尾插入數(shù)據(jù)set無序list，查找速度快，適合交集、并集、差集處理sorted set有序的set

其實(shí)，通過上面的數(shù)據(jù)類型的特性，基本就能想到合適的應(yīng)用場景了。

string——適合最簡單的k-v存儲，類似于memcached的存儲結(jié)構(gòu)，短信驗(yàn)證碼，配置信息等，就用這種類型來存儲。

hash——一般key為ID或者唯一標(biāo)示，value對應(yīng)的就是詳情了。如商品詳情，個(gè)人信息詳情，新聞詳情等。

list——因?yàn)閘ist是有序的，比較適合存儲一些有序且數(shù)據(jù)相對固定的數(shù)據(jù)。如省市區(qū)表、字典表等。因?yàn)閘ist是有序的，適合根據(jù)寫入的時(shí)間來排序，如：最新的***，消息隊(duì)列等。

set——可以簡單的理解為ID-List的模式，如微博中一個(gè)人有哪些好友，set最牛的地方在于，可以對兩個(gè)set提供交集、并集、差集操作。例如：查找兩個(gè)人共同的好友等。

Sorted Set——是set的增強(qiáng)版本，增加了一個(gè)score參數(shù)，自動會根據(jù)score的值進(jìn)行排序。比較適合類似于top 10等不根據(jù)插入的時(shí)間來排序的數(shù)據(jù)。

如上所述，雖然Redis不像關(guān)系數(shù)據(jù)庫那么復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是，也能適合很多場景，比一般的緩存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要多。了解每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適合的業(yè)務(wù)場景，不僅有利于提升開發(fā)效率，也能有效利用Redis的性能。

為什么要用 Redis /為什么要用緩存
主要從“高性能”和“高并發(fā)”這兩點(diǎn)來看待這個(gè)問題。

高性能：

假如用戶第一次訪問數(shù)據(jù)庫中的某些數(shù)據(jù)。這個(gè)過程會比較慢，因?yàn)槭菑挠脖P上讀取的。將該用戶訪問的數(shù)據(jù)存在數(shù)緩存中，這樣下一次再訪問這些數(shù)據(jù)的時(shí)候就可以直接從緩存中獲取了。操作緩存就是直接操作內(nèi)存，所以速度相當(dāng)快。如果數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)數(shù)據(jù)改變的之后，同步改變緩存中相應(yīng)的數(shù)據(jù)即可！

高并發(fā)：

直接操作緩存能夠承受的請求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接訪問數(shù)據(jù)庫的，所以我們可以考慮把數(shù)據(jù)庫中的部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到緩存中去，這樣用戶的一部分請求會直接到緩存這里而不用經(jīng)過數(shù)據(jù)庫。

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