*Redis有哪几种数据类型

Redis支持五种数据类型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合）及zset(sorted set：有序集合)。

*Redis 持久化

Redis 提供了不同级别的持久化方式:

  • RDB持久化方式能够在指定的时间间隔能对数据进行快照存储.

Redis - 图1

  • AOF持久化方式记录每次对服务器写的操作,当服务器重启的时候会重新执行这些命令来恢复原始的数据,AOF命令以redis协议追加保存每次写的操作到文件末尾.Redis还能对AOF文件进行后台重写,使得AOF文件的体积不至于过大.

  • 如果你只希望你的数据在服务器运行的时候存在,你也可以不使用任何持久化方式.

  • 你也可以同时开启两种持久化方式, 在这种情况下, 当redis重启的时候会优先载入AOF文件来

恢复原始的数据,因为在通常情况下AOF文件保存的数据集要比RDB文件保存的数据集要完整.
最重要的事情是了解RDB和AOF持久化方式的不同,让我们以RDB持久化方式开始:

RDB优点

  • 适合大规模的数据恢复
  • 对数据完整性和一致性要求不时高更适合使用
  • 节省磁盘空间
  • 恢复速度快

Redis - 图2

RDB缺点

  • Fork的时候，内存中的数据被克隆了一份，大致2倍的膨胀性需要考虑
  • 虽然Redis在fork时使用了写时复制技术,但是如果数据庞大时还是比较消耗性能。

  • 在备份周期在一定间隔时间做一次备份，所以如果Redis意外down掉的话，就会丢失最后一次快照后的所有修改。

    小总结

    Redis - 图3

    AOF优势

    Redis - 图4

  • 备份机制更稳健，丢失数据概率更低。

  • 可读的日志文本，通过操作AOF稳健，可以处理误操作。

    AOF劣势

  • 比起RDB占用更多的磁盘空间。

  • 恢复备份速度要慢。
  • 每次读写都同步的话，有一定的性能压力。
  • 存在个别Bug，造成恢复不能。

    AOF小总结

    Redis - 图5

总结(Which one)

用哪个好

官方推荐两个都启用。
如果对数据不敏感，可以选单独用RDB。
不建议单独用 AOF，因为可能会出现Bug。
如果只是做纯内存缓存，可以都不用。

官网建议

Redis - 图6

  • RDB持久化方式能够在指定的时间间隔能对你的数据进行快照存储
  • AOF持久化方式记录每次对服务器写的操作,当服务器重启的时候会重新执行这些命令来恢复原始的数据,AOF命令以redis协议追加保存每次写的操作到文件末尾.
  • Redis还能对AOF文件进行后台重写,使得AOF文件的体积不至于过大
  • 只做缓存：如果你只希望你的数据在服务器运行的时候存在,你也可以不使用任何持久化方式.
  • 同时开启两种持久化方式
  • 在这种情况下,当redis重启的时候会优先载入AOF文件来恢复原始的数据, 因为在通常情况下AOF文件保存的数据集要比RDB文件保存的数据集要完整.
  • RDB的数据不实时，同时使用两者时服务器重启也只会找AOF文件。那要不要只使用AOF呢？
  • 建议不要，因为RDB更适合用于备份数据库(AOF在不断变化不好备份)， 快速重启，而且不会有AOF可能潜在的bug，留着作为一个万一的手段。
  • 性能建议

redis主从复制

复制原理

  • Slave启动成功连接到master后会发送一个sync命令
  • Master接到命令启动后台的存盘进程，同时收集所有接收到的用于修改数据集命令， 在后台进程执行完毕之后，master将传送整个数据文件到slave,以完成一次完全同步
  • 全量复制：而slave服务在接收到数据库文件数据后，将其存盘并加载到内存中。
  • 增量复制：Master继续将新的所有收集到的修改命令依次传给slave,完成同步
  • 但是只要是重新连接master,一次完全同步（全量复制)将被自动执行
  1. 当连接上主服务器后，从服务器发送进行数据同步消息
  2. 主服务器接到从服务器发送过来的同步消息，把主服务器数据进行持久化，rbd文件，把rdb文件发送到从服务器，从服务器拿到rbd进行读取

  3. 每次主服务器进行写操作后，和从服务器进行数据同步

    主从复制机制

    当一个 master 实例和一个 slave 实例连接正常时， master 会发送一连串的命令流来保持对 slave 的更新，以便于将自身数据集的改变复制给 slave ， 包括客户端的写入、key 的过期或被逐出等等。
    当 master 和 slave 之间的连接断开之后，因为网络问题、或者是主从意识到连接超时， slave 重新连接上 master 并会尝试进行部分重同步：这意味着它会尝试只获取在断开连接期间内丢失的命令流。
    当无法进行部分重同步时， slave 会请求进行全量重同步。这会涉及到一个更复杂的过程，例如 master 需要创建所有数据的快照，将之发送给 slave ，之后在数据集更改时持续发送命令流到 slave 。

    主从复制的关注点

    Redis 使用异步复制，slave 和 master 之间异步地确认处理的数据量一个 master 可以拥有多个 slave
    slave 可以接受其他 slave 的连接。除了多个 slave 可以连接到同一个 master 之外， slave 之间也可以像层叠状的结构（cascading-like structure）连接到其他 slave 。自 Redis 4.0 起，所有的 sub-slave 将会从 master 收到完全一样的复制流。
    Redis 复制在 master 侧是非阻塞的。这意味着 master 在一个或多个 slave 进行初次同步或者是部分重同步时，可以继续处理查询请求。
    复制在 slave 侧大部分也是非阻塞的。当 slave 进行初次同步时，它可以使用旧数据集处理查询请求，假设你在 redis.conf 中配置了让 Redis 这样做的话。否则，你可以配置如果复制流断开， Redis slave 会返回一个 error 给客户端。但是，在初次同步之后，旧数据集必须被删除，同时加载新的数据集。 slave 在这个短暂的时间窗口内（如果数据集很大，会持续较长时间），会阻塞到来的连接请求。自 Redis 4.0 开始，可以配置 Redis 使删除旧数据集的操作在另一个不同的线程中进行，但是，加载新数据集的操作依然需要在主线程中进行并且会阻塞 slave 。
    复制既可以被用在可伸缩性，以便只读查询可以有多个 slave 进行（例如 O(N) 复杂度的慢操作可以被下放到 slave ），或者仅用于数据安全。
    可以使用复制来避免 master 将全部数据集写入磁盘造成的开销：一种典型的技术是配置你的 master Redis.conf 以避免对磁盘进行持久化，然后连接一个 slave ，其配置为不定期保存或是启用 AOF。但是，这个设置必须小心处理，因为重新启动的 master 程序将从一个空数据集开始：如果一个 slave 试图与它同步，那么这个 slave 也会被清空。
    任何时候数据安全性都是很重要的，所以如果 master 使用复制功能的同时未配置持久化，那么自动重启进程这项应该被禁用。

    Redis 复制功能是如何工作的

    每一个 Redis master 都有一个 replication ID ：这是一个较大的伪随机字符串，标记了一个给定的数据集。每个 master 也持有一个偏移量，master 将自己产生的复制流发送给 slave 时，发送多少个字节的数据，自身的偏移量就会增加多少，目的是当有新的操作修改自己的数据集时，它可以以此更新 slave 的状态。复制偏移量即使在没有一个 slave 连接到 master 时，也会自增，所以基本上每一对给定的Replication ID, offset都会标识一个 master 数据集的确切版本。
    当 slave 连接到 master 时，它们使用 PSYNC 命令来发送它们记录的旧的 master replication ID 和它们至今为止处理的偏移量。通过这种方式， master 能够仅发送 slave 所需的增量部分。但是如果 master 的缓冲区中没有足够的命令积压缓冲记录，或者如果 slave 引用了不再知道的历史记录（replication ID），则会转而进行一个全量重同步：在这种情况下， slave 会得到一个完整的数据集副本，从头开始。
    下面是一个全量同步的工作细节：
    master 开启一个后台保存进程，以便于生产一个 RDB 文件。同时它开始缓冲所有从客户端接收到的新的写入命令。当后台保存完成时， master 将数据集文件传输给 slave， slave将之保存在磁盘上，然后加载文件到内存。再然后 master 会发送所有缓冲的命令发给 slave。这个过程以指令流的形式完成并且和 Redis 协议本身的格式相同。
    你可以用 telnet 自己进行尝试。在服务器正在做一些工作的同时连接到 Redis 端口并发出 SYNC 命令。你将会看到一个批量传输，并且之后每一个 master 接收到的命令都将在 telnet 回话中被重新发出。事实上 SYNC 是一个旧协议，在新的 Redis 实例中已经不再被使用，但是其仍然向后兼容：但它不允许部分重同步，所以现在 PSYNC 被用来替代 SYNC。
    之前说过，当主从之间的连接因为一些原因崩溃之后， slave 能够自动重连。如果 master 收到了多个 slave 要求同步的请求，它会执行一个单独的后台保存，以便于为多个 slave 服务

    无需磁盘参与的复制

    正常情况下，一个全量重同步要求在磁盘上创建一个 RDB 文件，然后将它从磁盘加载进内存，然后 slave以此进行数据同步。
    如果磁盘性能很低的话，这对 master 是一个压力很大的操作。Redis 2.8.18 是第一个支持无磁盘复制的版本。在此设置中，子进程直接发送 RDB 文件给 slave，无需使用磁盘作为中间储存介质。

    哨兵模式

    反客为主的自动版，能够后台监控主机是否故障，如果故障了根据投票数自动将从库转换为主库
    Redis - 图7Redis - 图8

    缓存雪崩、缓存穿透、缓存击穿在实际中如何处理

    缓存穿透

    查询一个一定不存在的数据，因为没有缓存，会一直查询数据库，使数据库压力太大而垮掉

  4. 应用服务器压力变大

  5. redis命中率降低
  6. 一直查询数据库，使得数据库压力太大而压垮

缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据，由于缓存是不命中时被动写的，并且出于容错考虑，如果从存储层查不到数据则不写入缓存，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到存储层去查询，失去了缓存的意义。在流量大时，可能DB就挂掉了，要是有人利用不存在的key频繁攻击我们的应用，这就是漏洞。Redis - 图9

解决方案

有很多种方法可以有效地解决缓存穿透问题，最常见的则是采用布隆过滤器，将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中，一个一定不存在的数据会被 这个bitmap拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。
另外也有一个更为简单粗暴的方法（我们采用的就是这种），如果一个查询返回的数据为空（不管是数 据不存在，还是系统故障），我们仍然把这个空结果进行缓存，但它的过期时间会很短，最长不超过五分钟。

解决方案：

  1. 对空值缓存：如果一个查询返回的数据为空（不管是数据是否不存在），我们仍然把这个空结果（null）进行缓存，设置空结果的过期时间会很短，最长不超过五分钟
  2. 设置可访问的名单（白名单）：

使用bitmaps类型定义一个可以访问的名单，名单id作为bitmaps的偏移量，每次访问和bitmap里面的id进行比较，如果访问id不在bitmaps里面，进行拦截，不允许访问。

  1. 采用布隆过滤器：(布隆过滤器（Bloom Filter）是1970年由布隆提出的。它实际上是一个很长的二进制向量(位图)和一系列随机映射函数（哈希函数）。

布隆过滤器可以用于检索一个元素是否在一个集合中。它的优点是空间效率和查询时间都远远超过一般的算法，缺点是有一定的误识别率和删除困难。)
将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的 bitmaps中，一个一定不存在的数据会被 这个bitmaps拦截掉，从而避免了对底层存储系统的查询压力。

  1. 进行实时监控：当发现Redis的命中率开始急速降低，需要排查访问对象和访问的数据，和运维人员配合，可以设置黑名单限制服务

    缓存击穿

    数据库访问压力瞬时增加，数据库崩溃
    redis 里面没有出现大量 key 过期
    redis 正常运行

对于一些设置了过期时间的key，如果这些key可能会在某些时间点被超高并发地访问，是一种非常“热点”的数据。这个时候，需要考虑一个问题：缓存被“击穿”的问题，这个和缓存雪崩的区别在于这里针对某一key缓存，前者则是很多key。
缓存在某个时间点过期的时候，恰好在这个时间点对这个Key有大量的并发请求过来，这些请求发现缓存过期一般都会从后端数据库加载数据并回设到缓存，这个时候大量并发的请求可能会瞬间把后端数据库压垮。Redis - 图10

解决方案

缓存失效时的雪崩效应对底层系统的冲击非常可怕。大多数系统设计者考虑用加锁或者队列的方式保证缓存的单线 程（进程）写，从而避免失效时大量的并发请求落到底层存储系统上。这里分享一个简单方案就时讲缓存失效时间分散开，比如我们可以在原有的失效时间基础上增加一个随机值，比如1-5分钟随机，这样每一个缓存的过期时间的重复率就会降低，就很难引发集体失效的事件。

key可能会在某些时间点被超高并发地访问，是一种非常“热点”的数据。这个时候，需要考虑一个问题：缓存被“击穿”的问题。
解决问题：
（1）预先设置热门数据：在redis高峰访问之前，把一些热门数据提前存入到redis里面，加大这些热门数据key的时长
（2）实时调整过期时长：现场监控哪些数据热门，实时调整key的过期时长
（3）使用锁：

  1. 就是在缓存失效的时候（判断拿出来的值为空），不是立即去load db。
  2. 先使用缓存工具的某些带成功操作返回值的操作（比如Redis的SETNX）去set一个mutex key
  3. 当操作返回成功时，再进行load db的操作，并回设缓存,最后删除mutex key；
  4. 当操作返回失败，证明有线程在load db，当前线程睡眠一段时间再重试整个get缓存的方法。

Redis - 图11

缓存雪崩

缓存雪崩是指在我们设置缓存时采用了相同的过期时间，导致缓存在某一时刻同时失效，请求全部转发到数据库，数据库瞬时压力过重雪崩。
Redis - 图12

解决方案

1.使用互斥锁(mutex key)
业界比较常用的做法，是使用mutex。简单地来说，就是在缓存失效的时候（判断拿出来的值为空），不是立即去load db，而是先使用缓存工具的某些带成功操作返回值的操作（比如Redis的SETNX或者Memcache的ADD）去set一个mutex key，当操作返回成功时，再进行load db的操作并回设缓存；否则，就重试整个get缓存的方法。
SETNX，是「SET if Not eXists」的缩写，也就是只有不存在的时候才设置，可以利用它来实现锁的效果。在redis2.6.1之前版本未实现setnx的过期时间
2.”提前”使用互斥锁(mutex key)：
在value内部设置1个超时值(timeout1), timeout1比实际的memcache timeout(timeout2)小。当从cache读取到timeout1发现它已经过期时候，马上延长timeout1并重新设置到cache。然后再从数据库加载数据并设置到cache中。
3.”永远不过期”：
这里的“永远不过期”包含两层意思：
(1) 从redis上看，确实没有设置过期时间，这就保证了，不会出现热点key过期问题，也就是“物理”不过期。
(2) 从功能上看，如果不过期，那不就成静态的了吗？所以我们把过期时间存在key对应的value里，如果发现要过期了，通过一个后台的异步线程进行缓存的构建，也就是“逻辑”过期
从实战看，这种方法对于性能非常友好，唯一不足的就是构建缓存时候，其余线程(非构建缓存的线程)可能访问的是老数据，但是对于一般的互联网功能来说这个还是可以忍受。

  1. 构建多级缓存架构：nginx缓存 + redis缓存 +其他缓存（ehcache等）
  2. 使用锁或队列：

用加锁或者队列的方式保证来保证不会有大量的线程对数据库一次性进行读写，从而避免失效时大量的并发请求落到底层存储系统上。不适用高并发情况

  1. 设置过期标志更新缓存：

记录缓存数据是否过期（设置提前量），如果过期会触发通知另外的线程在后台去更新实际key的缓存。

  1. 将缓存失效时间分散开：

比如我们可以在原有的失效时间基础上增加一个随机值，比如1-5分钟随机，这样每一个缓存的过期时间的重复率就会降低，就很难引发集体失效的事件。

总结

穿透：缓存不存在，数据库不存在，高并发，少量key
击穿：缓存不存在，数据库存在，高并发，少量key
雪崩：缓存不存在，数据库存在，高并发，大量key

集群

什么是集群

Redis 集群实现了对Redis的水平扩容，即启动N个redis节点，将整个数据库分布存储在这N个节点中，每个节点存储总数据的1/N。
Redis 集群通过分区（partition）来提供一定程度的可用性（availability）： 即使集群中有一部分节点失效或者无法进行通讯， 集群也可以继续处理命令请求。

Redis 集群提供了以下好处

实现扩容
分摊压力
无中心配置相对简单

Redis 集群的不足

多键操作是不被支持的
多键的Redis事务是不被支持的。lua脚本不被支持
由于集群方案出现较晚，很多公司已经采用了其他的集群方案，而代理或者客户端分片的方案想要迁移至redis cluster，需要整体迁移而不是逐步过渡，复杂度较大。

什么是slots

[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots…
>>> Check slots coverage…
[OK] All 16384 slots covered.
一个 Redis 集群包含 16384 个插槽（hash slot）， 数据库中的每个键都属于这 16384 个插槽的其中一个，
集群使用公式 CRC16(key) % 16384 来计算键 key 属于哪个槽， 其中 CRC16(key) 语句用于计算键 key 的 CRC16 校验和 。
集群中的每个节点负责处理一部分插槽。 举个例子， 如果一个集群可以有主节点， 其中：
节点 A 负责处理 0 号至 5460 号插槽。
节点 B 负责处理 5461 号至 10922 号插槽。
节点 C 负责处理 10923 号至 16383 号插槽。

在集群中录入值

在redis-cli每次录入、查询键值，redis都会计算出该key应该送往的插槽，如果不是该客户端对应服务器的插槽，redis会报错，并告知应前往的redis实例地址和端口。
redis-cli客户端提供了 –c 参数实现自动重定向。
如 redis-cli -c –p 6379 登入后，再录入、查询键值对可以自动重定向。
不在一个slot下的键值，是不能使用mget,mset等多键操作。

分布式锁

随着业务发展的需要，原单体单机部署的系统被演化成分布式集群系统后，由于分布式系统多线程、多进程并且分布在不同机器上，这将使原单机部署情况下的并发控制锁策略失效，单纯的Java API并不能提供分布式锁的能力。为了解决这个问题就需要一种跨JVM的互斥机制来控制共享资源的访问，这就是分布式锁要解决的问题！

在项目中有哪些应用场景？

使用分布式锁的场景一般需要满足以下场景：
1系统是一个分布式系统,集群集群，java的锁已经锁不住了。
2操作共享资源，比如库里唯一的用户数据。
3同步访问，即多个进程同时操作共享资源。

分布锁有哪些解决方案？

  1. Reids的分布式锁，很多大公司会基于Reidis做扩展开发。setnx key value ex 10s，Redisson。 watch dog.
  2. 基于Zookeeper。临时节点，顺序节点。
  3. 基于数据库，比如Mysql。主键或唯一索引的唯一性。

Redis做分布式锁用什么命令？

SETNX
格式：setnx key value 将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在。
若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作,操作失败。
SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，则 SET)的简写。
加锁：set key value nx ex 10s
释放锁：delete key

Redis做分布式锁死锁有哪些情况，如何解决？

情况1：加锁，没有释放锁。需要加释放锁的操作。比如delete key。
情况2：加锁后，程序还没有执行释放锁，程序挂了。需要用的key的过期机制。

Redis如何做分布式锁？

假设有两个服务A、B都希望获得锁，执行过程大致如下:
Step1： 服务A为了获得锁，向Redis发起如下命令: SET productId:lock 0xx9p03001 NX EX 30000 其中，”productId”由自己定义，可以是与本次业务有关的id，”0xx9p03001”是一串随机值，必须保证全局唯一，“NX”指的是当且仅当key(也就是案例中的”productId:lock”)在Redis中不存在时，返回执行成功，否则执行失败。”EX 30000”指的是在30秒后，key将被自动删除。执行命令后返回成功，表明服务成功的获得了锁。
Step2: 服务B为了获得锁，向Redis发起同样的命令: SET productId:lock 0000111 NX EX 30000
由于Redis内已经存在同名key，且并未过期，因此命令执行失败，服务B未能获得锁。服务B进入循环请求状态，比如每隔1秒钟(自行设置)向Redis发送请求，直到执行成功并获得锁。
Step3: 服务A的业务代码执行时长超过了30秒，导致key超时，因此Redis自动删除了key。此时服务B再次发送命令执行成功，假设本次请求中设置的value值为0000222。此时需要在服务A中对key进行续期，watch dog。
Step4: 服务A执行完毕，为了释放锁，服务A会主动向Redis发起删除key的请求。注意: 在删除key之前，一定要判断服务A持有的value与Redis内存储的value是否一致。比如当前场景下，Redis中的锁早就不是服务A持有的那一把了，而是由服务2创建，如果贸然使用服务A持有的key来删除锁，则会误将服务2的锁释放掉。此外，由于删除锁时涉及到一系列判断逻辑，因此一般使用lua脚本，具体如下:

  1. if redis.call("get", KEYS[1])==ARGV[1] then
  2.   return redis.call("del", KEYS[1])
  3. else
  4.   return 0
  5. end

为了确保分布式锁可用，我们至少要确保锁的实现同时满足以下四个条件：
- 互斥性。在任意时刻，只有一个客户端能持有锁。
- 不会发生死锁。即使有一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁，也能保证后续其他客户端能加锁。
- 解铃还须系铃人。加锁和解锁必须是同一个客户端，客户端自己不能把别人加的锁给解了。
- 加锁和解锁必须具有原子性。