Redis常见面试题万字总结

Posted 2023-03-15 androidstarjack

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Redis常见面试题万字总结相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

设为“星标”，和你一起掌握更多数据库知识

一、Redis的理解

Redis是一种支持key-value等多种数据结构的存储系统。可用于缓存，事件发布或订阅，高速队列等场景。支持网络，提供字符串，哈希，列表，队列，集合结构直接存取，基于内存，可持久化。

读写性能优异

Redis：读的速度是110000次/s,写的速度是81000次/s

数据类型丰富

Redis支持Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 数据类型操作。

原子性

支持事务，操作都是原子性，所谓的原子性就是对数据的更改要么全部执行，要么全部不执行

丰富的特性

Redis支持简易订阅通知（Pub/Sub），按key设置过期时间，过期后将会自动删除。

持久化

Redis支持RDB, AOF等持久化方式

二、为什么Redis 是单线程的以及为什么这么快

单线程的原因：

Redis的瓶颈不是CPU，而是网络和内存。
多线程就会存在死锁、线程上下⽂切换等问题，甚⾄会影响性能。
单线程编程容易并且更容易维护。

Redis快的原因：

1、redis完全基于内存：绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速。

2、数据结构简单：redis中的数据结构是专门进行设计的。

3、采用单线程模型，避免了不必要的上下文切换和竞争条件：也不存在多线程或者多线程切换而消耗CPU, 不用考虑各种锁的问题, 不存在加锁, 释放锁的操作, 没有因为可能出现死锁而导致性能消耗

4、使用了多路IO复用模型：非阻塞IO

三、Redis的使用场景

热点数据的缓存

缓存是Redis最常见的应用场景，主要是因为Redis读写性能优异。而且逐渐有取代memcached，成为首选服务端缓存的组件。而且，Redis内部是支持事务的，在使用时候能有效保证数据的一致性。

限时业务的运用

redis中可以使用expire命令设置一个键的生存时间，到时间后redis会删除它。利用这一特性可以运用在限时的优惠活动信息、手机验证码等业务场景。

计数器相关问题

redis由于incrby命令可以实现原子性的递增，所以可以运用于高并发的秒杀活动、分布式序列号的生成、具体业务还体现在比如限制一个手机号发多少条短信、一个接口一分钟限制多少请求、一个接口一天限制调用多少次等等。

分布式锁

这个主要利用redis的setnx命令进行，setnx：”set if not exists”就是如果不存在则成功设置缓存同时返回1，否则返回0 。因为我们服务器是集群的，定时任务可能在两台机器上都会运行，所以在定时任务中首先通过setnx设置一个lock，如果成功设置则执行，如果没有成功设置，则表明该定时任务已执行。当然结合具体业务，我们可以给这个lock加一个过期时间，比如说30分钟执行一次的定时任务，那么这个过期时间设置为小于30分钟的一个时间就可以，这个与定时任务的周期以及定时任务执行消耗时间相关。Redis分布式锁真的安全吗？

四、Redis的数据类型

expire：设置key的过期时间

persist：设置key永久有效

5种基础数据类型：String、List、Set、Zset、Hash。
三种特殊的数据类型：HyperLogLogs（基数统计）， Bitmaps (位图) ， geospatial （地理位置)

String（字符串）：

底层数据结构：SDS即动态字符串，最大容量512M，每次最多扩容1M，是二进制安全的。意思是redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或序列化的对象

应用场景：分布式锁、计数器(如访问次数、点赞转发数量)

常用方法：set 、get、strlen 、incr 、 decr 、setnx、setex、exists

list（双向列表）：

特点：单值多键，用来存储多个有序的字符串，一个列表最多可以存储2^32-1个元素。可以实现队列和栈

底层数据结构：快表

应用场景：消息队列、文章列表

常用方法：lpush 、lrang 、rpush 、lpop 、rpop 、llen、lindex、rpoplpush、linsert

Hash（哈希）：

底层数据结构：压缩列表、哈希表。

特点：指v（值）本身又是一个键值对（k-v）结构

应用场景：缓存用户信息、购物车等。

常用方法：hset 、hget 、hkeys 、hvals 、hmset 、hmget 、hgetAll 、hlen 、hdel 、hsetnx 、hexists

set（集合）：

特点：用来保存多个的字符串元素，但是不允许重复元素，元素是无序的。可以实现并集、交集、差集的操作

底层数据结构：哈希表、整数集

应用场景：抽奖、共同关注、QQ内推等。

常用方法：sadd 、smembers 、sismember 、scard 、srem 、srandmember、spop、smove、sdiff、sinter、sunion

zset（有序集合）：

特点：有序不重复的集合。和 set 相⽐sorted set 增加了⼀个权重参数 score，可以根据score进行排序，但score是可以重复的，value是不可以重复的。

底层数据结构：压缩列表、跳表

应用场景：排行榜、抖音热搜

常用方法：zadd 、zrange 、zrangebyscore(按score从小到大) 、zrem 、zcard 、zcount 、zrevrange(按score从大到小）

五、Redis的持久化机制

1、RDB（snapshotting）：

是Redis默认的持久化方式。按照一定的时间将内存的数据以快照的形式保存到硬盘中，对应产生的数据文件为dump.rdb。通过配置文件中的save参数来定义快照的周期。

触发方式：触发rdb持久化的方式有2种，分别是手动触发和自动触发。

手动触发：

save命令：阻塞当前Redis服务器，直到RDB过程完成为止，对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞，线上环境不建议使用
bgsave命令：Redis进程执行fork操作创建子进程，RDB持久化过程由子进程负责，完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段，一般时间很短。下面是bgsave流程图：
```
![](https://img-blog.csdnimg.cn/02b8be77675d4e118edb188e349d5d5c.png)
```

自动触发：

redis.conf中配置save m n，即在m秒内有n次修改时，自动触发bgsave生成rdb文件；
主从复制时，从节点要从主节点进行全量复制时也会触发bgsave操作，生成当时的快照发送到从节点；
执行debug reload命令重新加载redis时也会触发bgsave操作；
默认情况下执行shutdown命令时，如果没有开启aof持久化，那么也会触发bgsave操作；

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。
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）：

将Redis执行的每次写命令记录到单独的日志文件中，当重启Redis会重新将持久化的日志中文件恢复数据。AOF日志是一种写后日志，“写后”的意思是Redis是先执行命令，把数据写入内存，然后才记录日志

为什么采用写后日志？

避免额外的检查开销：Redis 在向 AOF 里面记录日志的时候，并不会先去对这些命令进行语法检查。所以，如果先记日志再执行命令的话，日志中就有可能记录了错误的命令，Redis 在使用日志恢复数据时，就可能会出错。
不会阻塞当前的写操作

但这种方式存在潜在风险：

如果命令执行完成，写日志之前宕机了，会丢失数据。
主线程写磁盘压力大，导致写盘慢，阻塞后续操作。

AOF的实现：

AOF日志记录Redis的每个写命令，步骤分为：命令追加、文件的写入和同步。

命令追加：当AOF持久化功能打开了，服务器在执行完一个写命令之后，会以协议格式将被执行的写命令追加到服务器的 aof_buf 缓冲区。
文件写入和同步：关于何时将 aof_buf 缓冲区的内容写入AOF文件中，Redis提供了三种写回策略：

AOF的重写：

Redis通过创建一个新的AOF文件来替换现有的AOF，新旧两个AOF文件保存的数据相同，但新AOF文件没有了冗余命令。

AOF重写会阻塞吗？

AOF重写过程是由后台进程bgrewriteaof来完成的。主线程fork出后台的bgrewriteaof子进程，fork会把主线程的内存拷贝一份给bgrewriteaof子进程，这里面就包含了数据库的最新数据。然后，bgrewriteaof子进程就可以在不影响主线程的情况下，逐一把拷贝的数据写成操作，记入重写日志。

所以aof在重写时，在fork进程时是会阻塞住主线程的。

AOF日志何时会重写？

有两个配置项控制AOF重写的触发：

auto-aof-rewrite-min-size：表示运行AOF重写时文件的最小大小，默认为64MB。

auto-aof-rewrite-percentage：这个值的计算方式是，当前aof文件大小和上一次重写后aof文件大小的差值，再除以上一次重写后aof文件大小。也就是当前aof文件比上一次重写后aof文件的增量大小，和上一次重写后aof文件大小的比值。

优点：

安全，所有写入的数据都不会丢失。
AOF文件易读，可修改。

缺点：

AOF 文件比 RDB 文件大。
恢复速度慢。
性能消耗高。

六、过期Key的删除策略

定时过期：每个设置过期时间的key都需要创建一个定时器，到过期时间就会立即清除。对内存很友好，但是会占用大量的CPU资源去处理过期的数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量。
惰性删除：当key被访问时检查该key的过期时间，若已过期则删除；已过期未被访问的数据仍保持在内存中。可以最大化地节省CPU资源，却对内存非常不友好。
定期删除：每隔一段时间，会扫描一定数量设置了过期的key，并删除已过期的key。是前两者的一个折中方案。通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到最优的平衡效果。

七、内存淘汰策略

八、事务

Redis 事务的本质是一组命令的集合。事务支持一次执行多个命令，一个事务中所有命令都会被序列化。在事务执行过程，会按照顺序串行化执行队列中的命令，其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。

总结说：redis事务就是一次性、顺序性、排他性的执行一个队列中的一系列命令。

1、相关命令：

MULTI ：开启事务，redis会将后续的命令逐个放入队列中，然后使用EXEC命令来原子化执行这个命令系列。
EXEC：执行事务中的所有操作命令。
DISCARD：取消事务，放弃执行事务块中的所有命令。
WATCH：监视一个或多个key,如果事务在执行前，这个key(或多个key)被其他命令修改，则事务被中断，不会执行事务中的任何命令。
UNWATCH：取消WATCH对所有key的监视。

2、执行的3个阶段：

开启：以MULTI开始一个事务
入队：将多个命令入队到事务中，接到这些命令并不会立即执行，而是放到等待执行的事务队列里面
执行：由EXEC命令触发事务

3、Redis 对 ACID的支持性理解

原子性atomicity

Redis官方文档给的理解是，Redis的事务是原子性的：所有的命令，要么全部执行，要么全部不执行。而不是完全成功。

一致性consistency

redis事务可以保证命令失败的情况下得以回滚，数据能恢复到没有执行之前的样子，是保证一致性的，除非redis进程意外终结。

隔离性Isolation

redis事务是严格遵守隔离性的，原因是redis是单进程单线程模式(v6.0之前），可以保证命令执行过程中不会被其他客户端命令打断。但是，Redis不像其它结构化数据库有隔离级别这种设计。

持久性Durability

redis事务是不保证持久性的，这是因为redis持久化策略中不管是RDB还是AOF都是异步执行的，不保证持久性是出于对性能的考虑。

九、Redis缓存的问题和解决

1、缓存穿透

每一次请求不同的值（符合有效的值规则），并且该值是数据库不可能存在的。那么就会出现不停的访问数据库，并返回空。这样就使 redis 无效化，便是缓存穿透。

当发生缓存雪崩或击穿时，数据库中还是保存了应用要访问的数据，一旦缓存恢复相对应的数据，就可以减轻数据库的压力，而缓存穿透就不一样了。

当用户访问的数据既不在缓存中，也不在数据库中，导致请求在访问缓存时，发现缓存缺失，再去访问数据库时，发现数据库中也没有要访问的数据，没办法构建缓存数据，来服务后续的请求。那么当短时间内有大量这样的请求到来时，数据库的压力骤增，这就是缓存穿透的问题。

解决方案

缓存穿透的发生一般有这两种情况：

业务误操作，缓存中的数据和数据库中的数据都被误删除了，所以导致缓存和数据库中都没有数据；
黑客恶意攻击，故意大量访问某些读取不存在数据的业务；

应对缓存穿透的方案，常见的方案有三种。

1、非法请求的限制；

当有大量恶意请求访问不存在的数据的时候，也会发生缓存穿透，因此在 API 入口处我们要判断求请求参数是否合理，请求参数是否含有非法值、请求字段是否存在，如果判断出是恶意请求就直接返回错误，避免进一步访问缓存和数据库。

2、缓存空值或者默认值；

当我们线上业务发现缓存穿透的现象时，可以针对查询的数据，在缓存中设置一个空值或者默认值，这样后续请求就可以从缓存中读取到空值或者默认值，返回给应用，而不会继续查询数据库。

3、使用布隆过滤器快速判断数据是否存在，避免通过查询数据库来判断数据是否存在；

布隆过滤器的本质：

位数组（二进制向量）
一系列随机映射函数

布隆过滤器实现思想：

假设有一个 bit数组，里面存的只有0和1；0代表不存在，1代表存在
我们假设有 多种不同的hash算法来计算同一个值的结果，并反应在改变数组对应下标的值；
当值存入时会进行多次不同的hash算法计算，多个计算结果都反应在数组下标上，都改变为1（存在）
在判断值是否存在时，就看对应算出的多个下标是否都为1（可能存在），或者任意一个为0（绝对不存在）

2、缓存穿击

业务通常会有几个数据会被频繁地访问，比如秒杀活动，这类被频地访问的数据被称为热点数据【当前key是一个热点key**】**

如果缓存中的某个热点数据过期了，此时大量的请求访问了该热点数据，就无法从缓存中读取，重建缓存不能在短时间完成，可能是一个复杂计算，例如复杂的SQL、多次IO、多个依赖等。直接访问数据库，在缓存失效的瞬间，有大量线程来重建缓存，造成后端负载加大，数据库很容易就被高并发的请求冲垮，这就是缓存击穿的问题

解决方案

1、**互斥锁方案**

保证同一时间只允许一个线程重建缓存，未能获取互斥锁的请求，要么等待锁释放后重新读取缓存，要么就返回空值或者默认值【set(key,value,timeout)】。

2、**永不过期**

不给热点数据设置过期时间，由后台异步更新缓存，或者在热点数据准备要过期前，提前通知后台线程更新缓存以及重新设置过期时间

总结对比：

分布式互斥锁：这种方案思路比较简单，但是存在一定的隐患，如果在查询数据库 + 和重建缓存（key失效后进行了大量的计算）时间过长，也可能会存在死锁和线程池阻塞的风险，高并发情景下吞吐量会大大降低！但是这种方法能够较好地降低后端存储负载，并在一致性上做得比较好。

永远不过期：这种方案由于没有设置真正的过期时间，实际上已经不存在热点key产生的一系列危害，但是会存在数据不一致的情况，同时代码复杂度会增大。

3、缓存雪崩

通常我们为了保证缓存中的数据与数据库中的数据一致性，会给 Redis 里的数据设置过期时间，当缓存数据过期后，用户访问的数据如果不在缓存里，业务系统需要重新生成缓存，因此就会访问数据库，并将数据更新到 Redis 里，这样后续请求都可以直接命中缓存。

那么，当大量缓存数据在同一时间过期（失效）或者 Redis 故障宕机时，如果此时有大量的用户请求，都无法在 Redis 中处理，于是全部请求都直接访问数据库，从而导致数据库的压力骤增，严重的会造成数据库宕机，从而形成一系列连锁反应，造成整个系统崩溃，这就是缓存雪崩的问题。

和缓存击穿不同的是，缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩是不同数据都过期了，很多数据都查不到从而查数据库。

可以看到，发生缓存雪崩有两个原因：
- 大量数据同时过期；
- Redis 故障宕机；
解决方案

1、大量数据同时过期

针对大量数据同时过期而引发的缓存雪崩问题，常见的应对方法有下面这几种：

均匀设置过期时间；
互斥锁；
双 key 策略；
后台更新缓存；

1. 均匀设置过期时间

如果要给缓存数据设置过期时间，应该避免将大量的数据设置成同一个过期时间。我们可以在对缓存数据设置过期时间时，给这些数据的过期时间加上一个随机数，这样就保证数据不会在同一时间过期。

2. 互斥锁

当业务线程在处理用户请求时，如果发现访问的数据不在 Redis 里，就加个互斥锁，保证同一时间内只有一个请求来构建缓存（从数据库读取数据，再将数据更新到 Redis 里），当缓存构建完成后，再释放锁。未能获取互斥锁的请求，要么等待锁释放后重新读取缓存，要么就返回空值或者默认值。

实现互斥锁的时候，最好设置超时时间，不然第一个请求拿到了锁，然后这个请求发生了某种意外而一直阻塞，一直不释放锁，这时其他请求也一直拿不到锁，整个系统就会出现无响应的现象。

3. 双 key 策略

我们对缓存数据可以使用两个 key，一个是主 key，会设置过期时间，一个是备 key，不会设置过期，它们只是 key 不一样，但是 value 值是一样的，相当于给缓存数据做了个副本。

当业务线程访问不到「主 key 」的缓存数据时，就直接返回「备 key 」的缓存数据，然后在更新缓存的时候，同时更新「主 key 」和「备 key 」的数据。

4. 后台更新缓存

业务线程不再负责更新缓存，缓存也不设置有效期，而是让缓存“永久有效”，并将更新缓存的工作交由后台线程定时更新。

事实上，缓存数据不设置有效期，并不是意味着数据一直能在内存里，因为当系统内存紧张的时候，有些缓存数据会被“淘汰”，而在缓存被“淘汰”到下一次后台定时更新缓存的这段时间内，业务线程读取缓存失败就返回空值，业务的视角就以为是数据丢失了。

解决上面的问题的方式有两种。

第一种方式，后台线程不仅负责定时更新缓存，而且也负责频繁地检测缓存是否有效，检测到缓存失效了，原因可能是系统紧张而被淘汰的，于是就要马上从数据库读取数据，并更新到缓存。

这种方式的检测时间间隔不能太长，太长也导致用户获取的数据是一个空值而不是真正的数据，所以检测的间隔最好是毫秒级的，但是总归是有个间隔时间，用户体验一般。

第二种方式，在业务线程发现缓存数据失效后（缓存数据被淘汰），通过消息队列发送一条消息通知后台线程更新缓存，后台线程收到消息后，在更新缓存前可以判断缓存是否存在，存在就不执行更新缓存操作；不存在就读取数据库数据，并将数据加载到缓存。这种方式相比第一种方式缓存的更新会更及时，用户体验也比较好。

在业务刚上线的时候，我们最好提前把数据缓起来，而不是等待用户访问才来触发缓存构建，这就是所谓的缓存预热，后台更新缓存的机制刚好也适合干这个事情。

2、Redis 故障宕机

针对 Redis 故障宕机而引发的缓存雪崩问题，常见的应对方法有下面这几种：

服务熔断或请求限流机制；
构建 Redis 缓存高可靠集群；

1. 服务熔断或请求限流机制

因为 Redis 故障宕机而导致缓存雪崩问题时，我们可以启动服务熔断机制，暂停业务应用对缓存服务的访问，直接返回错误，不用再继续访问数据库，从而降低对数据库的访问压力，保证数据库系统的正常运行，然后等到 Redis 恢复正常后，再允许业务应用访问缓存服务。

服务熔断机制是保护数据库的正常允许，但是暂停了业务应用访问缓存服系统，全部业务都无法正常工作

为了减少对业务的影响，我们可以启用请求限流机制，只将少部分请求发送到数据库进行处理，再多的请求就在入口直接拒绝服务，等到 Redis 恢复正常并把缓存预热完后，再解除请求限流的机制。

2. 构建 Redis 缓存高可靠集群

服务熔断或请求限流机制是缓存雪崩发生后的应对方案，我们最好通过主从节点的方式构建 Redis 缓存高可靠集群。

如果 Redis 缓存的主节点故障宕机，从节点可以切换成为主节点，继续提供缓存服务，避免了由于 Redis 故障宕机而导致的缓存雪崩问题。

十、Redis的集群

1、主从复制

主从复制，是指将一台Redis服务器的数据，复制到其他的Redis服务器。前者称为主节点(master)，后者称为从节点(slave)；数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点。

作用：

数据冗余：主从复制实现了数据的热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式。
故障恢复：当主节点出现问题时，可以由从节点提供服务，实现快速的故障恢复；实际上是一种服务的冗余。
负载均衡：在主从复制的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务，分担服务器负载；尤其是在写少读多的场景下，通过多个从节点分担读负载，可以大大提高Redis服务器的并发量。
高可用基石：除了上述作用以外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础，因此说主从复制是Redis高可用的基础。

主从库之间采用的是读写分离的方式。

读操作：主库、从库都可以接收；
写操作：首先到主库执行，然后，主库将写操作同步给从库

全量（同步）复制：比如第一次同步时
增量（同步）复制：只会把主从库网络断连期间主库收到的命令，同步给从库

Redis 全量复制的三个阶段：

第一阶段：主从库间建立连接、协商同步的过程，主要是为全量复制做准备。在这一步，从库和主库建立起连接，并告诉主库即将进行同步，主库确认回复后，主从库间就可以开始同步了。

具体来说，从库给主库发送 psync 命令，表示要进行数据同步，主库根据这个命令的参数来启动复制。psync 命令包含了主库的 runID 和复制进度 offset 两个参数。runID，是每个 Redis 实例启动时都会自动生成的一个随机 ID，用来唯一标记这个实例。当从库和主库第一次复制时，因为不知道主库的 runID，所以将 runID 设为“？”。offset，此时设为 -1，表示第一次复制。主库收到 psync 命令后，会用 FULLRESYNC 响应命令带上两个参数：主库 runID 和主库目前的复制进度 offset，返回给从库。从库收到响应后，会记录下这两个参数。这里有个地方需要注意，FULLRESYNC 响应表示第一次复制采用的全量复制，也就是说，主库会把当前所有的数据都复制给从库。

第二阶段：主库将所有数据同步给从库。从库收到数据后，在本地完成数据加载。这个过程依赖于内存快照生成的 RDB 文件。

具体来说，主库执行 bgsave 命令，生成 RDB 文件，接着将文件发给从库。从库接收到 RDB 文件后，会先清空当前数据库，然后加载 RDB 文件。这是因为从库在通过 replicaof 命令开始和主库同步前，可能保存了其他数据。为了避免之前数据的影响，从库需要先把当前数据库清空。在主库将数据同步给从库的过程中，主库不会被阻塞，仍然可以正常接收请求。否则，Redis 的服务就被中断了。但是，这些请求中的写操作并没有记录到刚刚生成的 RDB 文件中。为了保证主从库的数据一致性，主库会在内存中用专门的 replication buffer，记录 RDB 文件生成后收到的所有写操作。

第三个阶段：主库会把第二阶段执行过程中新收到的写命令，再发送给从库。具体的操作是，当主库完成 RDB 文件发送后，就会把此时 replication buffer 中的修改操作发给从库，从库再重新执行这些操作。这样一来，主从库就实现同步了。

Redis 增量复制的流程：

Redis 为什么主从全量复制使用RDB而不使用AOF？

1、RDB文件内容是经过压缩的二进制数据（不同数据类型数据做了针对性优化），文件很小。而AOF文件记录的是每一次写操作的命令，写操作越多文件会变得很大，其中还包括很多对同一个key的多次冗余操作。在主从全量数据同步时，传输RDB文件可以尽量降低对主库机器网络带宽的消耗，从库在加载RDB文件时，一是文件小，读取整个文件的速度会很快，二是因为RDB文件存储的都是二进制数据，从库直接按照RDB协议解析还原数据即可，速度会非常快，而AOF需要依次重放每个写命令，这个过程会经历冗长的处理逻辑，恢复速度相比RDB会慢得多，所以使用RDB进行主从全量复制的成本最低。

2、假设要使用AOF做全量复制，意味着必须打开AOF功能，打开AOF就要选择文件刷盘的策略，选择不当会严重影响Redis性能。而RDB只有在需要定时备份和主从全量复制数据时才会触发生成一次快照。而在很多丢失数据不敏感的业务场景，其实是不需要开启AOF的。

Redis 为什么还会有从库的从库的设计？

一次全量复制中，对于主库来说，需要完成两个耗时的操作：生成 RDB 文件和传输 RDB 文件。

如果从库数量很多，而且都要和主库进行全量复制的话，就会导致主库忙于 fork 子进程生成 RDB 文件，进行数据全量复制。fork 这个操作会阻塞主线程处理正常请求，从而导致主库响应应用程序的请求速度变慢。此外，传输 RDB 文件也会占用主库的网络带宽，同样会给主库的资源使用带来压力。那么，有没有好的解决方法可以分担主库压力呢？

其实是有的，这就是“主 - 从 - 从”模式。

在刚才介绍的主从库模式中，所有的从库都是和主库连接，所有的全量复制也都是和主库进行的。现在，我们可以通过“主 - 从 - 从”模式将主库生成 RDB 和传输 RDB 的压力，以级联的方式分散到从库上。

简单来说，我们在部署主从集群的时候，可以手动选择一个从库（比如选择内存资源配置较高的从库），用于级联其他的从库。然后，我们可以再选择一些从库（例如三分之一的从库），在这些从库上执行如下命令，让它们和刚才所选的从库，建立起主从关系。

replicaof 所选从库的IP 6379

这样一来，这些从库就会知道，在进行同步时，不用再和主库进行交互了，只要和级联的从库进行写操作同步就行了，这就可以减轻主库上的压力，如下图所示：

2、Redis哨兵机制

哨兵的核心功能是主节点的自动故障转移。下图是一个典型的哨兵集群监控的逻辑图：

哨兵的作用：

监控（Monitoring）：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
自动故障转移（Automatic failover）：当主节点不能正常工作时，哨兵会开始自动故障转移操作，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其他从节点改为复制新的主节点。
配置提供者（Configuration provider）：客户端在初始化时，通过连接哨兵来获得当前Redis服务的主节点地址。
通知（Notification）：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

其中，监控和自动故障转移功能，使得哨兵可以及时发现主节点故障并完成转移；而配置提供者和通知功能，则需要在与客户端的交互中才能体现。

十一、Redis实现分布式锁

方式一：可能会导致锁一直没有释放

//加锁：如果键存在则不操作，否则操作
Boolean setIfAbsent(K, V );
setnx(K,V);

//释放锁：
Boolean delete(K);
del(K);

方式二：可能出现上完锁后，服务器异常，不能设置过期时间（redis的命令不是原子操作）

//加锁：如果键存在则不操作，否则操作
Boolean setIfAbsent(K, V );
setnx(K,V);

//设置过期时间
Boolean expire(K key, final long timeout, final TimeUnit unit)
expire(K,Time);//单位：毫秒

//释放锁：
Boolean delete(K);
del(K);

方式四：上锁同时设置过期时间；可能会发生锁误删除。

//加锁并设置过期时间
Boolean setIfAbsent(K key, V value, long timeout, TimeUnit unit);
setex(K,Time,V);//单位：毫秒

//释放锁：
Boolean delete(K);
del(K);

方式五：上锁同时设置过期时间；将值设置为uuid，在进行释放锁时，先判断当前的uuid和要释放锁的uuid，若一致进行释放，否则不释放。

//1.进入方案
String requestId = IdWorker.getIdStr();
Boolean ret = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent( "key",requestId,5L,TimeUnit.SECONDS);
//2.判断为true 表示加锁成功,false标识锁已经存在
if(ret)
    //3.执行业务

    //4.执行结束
    Object o = redisTemplate.opsForValue().get(key);
    if(o !=null)
        if(requestId.equals((String)o))
            redisTemplate.delete(key);
        
    
else
    //5.做异常容错处理
    Long expire = redisTemplate.opsForValue().getOperations().getExpire(key);
    if(expire !=null && expire.intValue()<0)
        redisTemplate.delete(key);
    
    //6.日志打印该模块未执行任务！
    log.info("模块："+MODULE+",定时任务已在执行！");

十二、缓存和数据库双写不一致问题

1、缓存和数据库一致性定义：

缓存中有数据，且和数据库数据一致；
缓存中无数据，数据库数据是最新的。

那么不符合这两种情况就属于缓存和数据库不一致的问题了。

当客户端发送一个数据修改的请求，我们不仅要修改数据库，还要一并操作（修改/删除）缓存。对数据库和缓存的操作又存在一个顺序的问题：到底是先操作数据库还是先操作缓存。

下面我们以客户端向 mysql 中删改数据为例来分析数据不一致的情况。

先不考虑并发问题，正常情况下，无论谁先谁后，都可以让两者保持一致，但现在我们需要重点考虑异常情况。

此时应用既要修改数据库也要修改缓存（删除和修改的影响是类似的，方便起见，下面只描述修改操作）的数据。

这里有两种场景我们分别来看下：

先修改缓存，再修改数据库
先修改数据库，再修改缓存

我们假设应用先修改缓存，再修改数据库。如果缓存修改成功，但是数据库操作失败，那么，应用再访问数据时，缓存中的值是正确的，但是一旦缓存中「数据失效」或者「缓存宕机」，然后，应用再访问数据库，此时数据库中的值为旧值，应用就访问到旧值了。

如果我们先更新数据库，再更新缓存中的值，是不是就可以解决这个问题呢？我们继续分析。

如果应用先完成了数据库的更新，但是，在更新缓存时失败了。那么，数据库中的值是新值，而缓存中的是旧值，这肯定是不一致的。

这个时候，如果有其他的并发请求来访问数据，按照正常的访问流程，就会先在缓存中查询，此时，就会读到旧值了。

好了，到这里，我们可以看到，在操作数据库和更新缓存值的过程中，无论这两个操作的执行顺序谁先谁后，只要「第二步的操作」失败了，就会导致客户端读取到旧值。

我们继续分析，除了「第二步操作失败」的问题，还有什么场景会影响数据一致性：并发问题。

2、并发引发的一致性问题：

先更新数据库，后更新缓存

假设我们采用「先更新数据库，后更新缓存」的方案，并且在两步都可以成功执行的前提下，如果存在并发，情况会是怎样的呢？

有线程 A 和线程 B 两个线程，需要更新「同一条」数据 x，可能会发生这样的场景：

线程 A 更新数据库（x = 1）
线程 B 更新数据库（x = 2）
线程 B 更新缓存（x = 2）
线程 A 更新缓存（x = 1）

最后我们发现，数据库中的 x 是2，而缓存中是1。显然是不一致的。

另外这种场景一般是不推荐使用的。因为某些业务因素，最后写到缓存中的值并不是和数据库是一致的，可能需要一系列计算得出的，最后才把这个值写到缓存中；如果此时有大量的对数据库进行写数据的请求，但是读请求并不多，那么此时如果每次写请求都更新一下缓存，那么性能损耗是非常大的。

比如现在数据库中 x = 1，此时我们有 10 个请求对其每次加一的操作。但是这期间并没有读操作进来，如果用了先更新数据库的办法，那么此时就会有10个请求对缓存进行更新，会有大量的冷数据产生。

至于「先更新缓存，后更新数据库」这种情况和上述问题的是一致的，我们就不在继续讨论。

不管是先修改缓存还是后修改缓存，这样不仅对缓存的利用率不高，还浪费了机器性能。所以此时我们需要考虑另外一种方案：删除缓存。

先删除缓存，后更新数据库

假设有两个线程：线程A（更新 x ），线程B（读取 x ）。可能会发生如下场景：

线程 A 先删除缓存中的 x ，然后去数据库进行更新操作；
线程 B 此时来读取 x，发现数据不在缓存，查询数据库并补录到缓存中；
而此时线程 A 的事务还未提交。

这个时候「先删除缓存，后更新数据库」仍会产生数据库与缓存的不一致问题。

先更新数据库，后删除缓存

我们还用两个线程：线程 A（更新 x ），线程B（读取 x ）举例。

线程 A 要把数据 x 的值从 1更新为 2，首先先成功更新了数据库；
线程 B 需要读取 x 的值，但线程 A 还没有把新的值更新到缓存中；
这个时候线程 B 读到的还是旧数据 1；

不过，这种情况发生的概率很小，线程 A 会很快删除缓存中值。这样一来，其他线程再次读取时，就会发生缓存缺失，进而从数据库中读取最新值。所以，这种情况对业务的影响较小。

由此，我们可以采用这种方案，来尽量避免数据库和缓存在并发情况下的一致性问题。

下面，我们继续分析「第二步操作失败」，我们该如何处理？

3、如何保证双写一致性

如何保证「第二步操作失败」的双写一致？

前面我们分析到，无论是「更新缓存」还是「删除缓存」，只要第二步发生失败，那么就会导致数据库和缓存不一致。

这里的关键在于如何保证第二步执行成功。

首先，介绍一种方法：「基于消息队列的重试机制」。

基于消息队列的重试机制

具体来说，就是把操作缓存，或者操作数据库的请求暂存到队列中。通过消费队列来重新处理这些请求。

流程如下：

请求 A 先对数据库进行更新操作；
在对 Redis 进行删除操作的时候发现删除失败；
此时将 对 Redis 的删除操作 作为消息体发送到消息队列中；
系统接收到消息队列发送的消息，再次对 Redis 进行删除操作。

消息队列的两个特性满足了我们重试的需求：

保证可靠性：写到队列中的消息，成功消费之前不会丢失（重启项目也不担心）；
保证消息成功投递：下游从队列拉取消息，成功消费后才会删除消息，否则还会继续投递消息给消费者（符合我们重试的场景）。

引入队列带来的问题：

业务代码造成大量的侵入，同时增加了维护成本；
写队列时也会存在失败的问题。

对于这两个问题，第一个，我们在项目中一般都会用到消息队列，维护成本并没有新增很多。而且对于同时写队列和缓存都失败的概率还是很小的。

如果是实在不想在应用中使用队列重试的，目前也有比较流行的解决方案：订阅数据库变更日志，再操作缓存。我们对 MySQL 数据库进行更新操作后，在 binlog 日志中我们都能够找到相应的操作，那么我们可以订阅 MySQL 数据库的 binlog 日志对缓存进行操作。

订阅变更日志，目前也有了比较成熟的开源中间件，例如阿里的 canal。

大概流程如下：

系统修改数据库，生成 binlog 日志；
canal 订阅这个日志，获取具体的操作数据，投递给消息队列；
通过消息队列，删除缓存中的数据。

总结：推荐采用「先更新数据库，再删除缓存」方案，并配合「消息队列」或「订阅变更日志」的方式来保证数据库和缓存一致性。

4、如何保证并发场景下的数据一致性

我们前面分析，在并发场景下，「先删除缓存，再更新数据库」，由于存在网络延迟等，可能会存在数据不一致问题。我再把上面的图贴过来。

这个问题的核心在于：缓存都被种了「旧值」。

解决这种问题，最有效的办法就是，把缓存删掉。但是，不能立即删，而是需要「延迟删」，这就是业界给出的方案：缓存延迟双删策略。

在线程 A 更新完数据库值以后，我们可以让它先 sleep 一小段时间，再进行一次缓存删除操作。

之所以要加上 sleep 的这段时间，就是为了让线程 B 能够先从数据库读取数据，再把缺失的数据写入缓存，然后，线程 A 再进行删除。

但问题来了，这个「延迟删除」缓存，延迟时间到底设置要多久呢？
线程 A sleep 的时间，就需要大于线程 B 读取数据再写入缓存的时间。这需要在实际业务运行时估算。

除此之外，其实还有一种场景也会出现不一致问题：如果数据库采用读写分离架构，主从同步之间也会有时间差，也可能会导致不一致：

线程 A 更新主库 x = 2（原值 x = 1）；
线程 A 删除缓存；
线程 B 查询缓存，没有命中，查询「从库」得到旧值（从库 x = 1）；
从库「同步」完成（主从库 x = 2）;
线程 B 将「旧值」写入缓存（x = 1）。

最终缓存中的 x 是旧值 1，而主从库最终值是新值 2。发生了数据不一致问题。

针对该问题的解决办法是，对于线程 B 的这种查询操作，可以强制将其指向主库进行查询，也可以使用上述「延迟删除」策略解决。

采用这种方案，也只是尽可能保证一致性而已，极端情况下，还是有可能发生不一致。

所以实际使用中，还是建议采用「先更新数据库，再删除缓存」的方案，同时，要尽可能地保证「主从复制」不要有太大延迟，降低出问题的概率。

5、总结

系统引入缓存提高应用性能问题
引入缓存后，需要考虑缓存和数据库双写一致性问题，可选的方案有：「更新数据库 + 更新缓存」、「更新数据库 + 删除缓存」
不管哪种方案，只要第二步操作失败，都无法保证数据的一致性，针对这类问题，可以通过消息队列重试解决
「更新数据库 + 更新缓存」方案，在「并发」场景下无法保证缓存和数据一致性，且存在「缓存资源浪费」和「机器性能浪费」的情况发生，一般不建议使用
在「更新数据库 + 删除缓存」的方案中，「先删除缓存，再更新数据库」在「并发」场景下依旧有数据不一致问题，解决方案是「延迟双删」，但这个延迟时间很难评估，所以推荐用「先更新数据库，再删除缓存」的方案
在「先更新数据库，再删除缓存」方案下，为了保证两步都成功执行，需配合「消息队列」或「订阅变更日志」的方案来做，本质是通过「重试」的方式保证数据一致性
在「先更新数据库，再删除缓存」方案下，「读写分离 + 主从库延迟」也会导致缓存和数据库不一致，缓解此问题的方案是「强制读主库」或者「延迟双删」，凭借经验发送「延迟消息」到队列中，延迟删除缓存，同时也要控制主从库延迟，尽可能降低不一致发生的概率。