Redis面试总结

参照：https://mp.weixin.qq.com/s/t_of-qHBcKOiqicKBxyKPA
1、Redis 是什么？
Redis 是 C 语言开发的一个开源的（遵从 BSD 协议）高性能键值对（key-value）的内存数据库，可以用作数据库、缓存、消息中间件等。
它是一种 NoSQL（not-only sql，泛指非关系型数据库）的数据库。

• 性能优秀，数据在内存中，读写速度非常快，支持并发 10W QPS。
• 单进程单线程，是线程安全的，采用 IO 多路复用机制。
• 丰富的数据类型，支持字符串（strings）、散列（hashes）、列表（lists）、集合（sets）、有序集合（sorted sets）等。
• 支持数据持久化。可以将内存中数据保存在磁盘中，重启时加载。
• 主从复制，哨兵，高可用。
• 可以用作分布式锁。
• 可以作为消息中间件使用，支持发布订阅。

Redis 支持五种数据类型，简单说下这五种数据类型吗？

首先 Redis 内部使用一个 redisObject 对象来表示所有的 key 和 value。
redisObject 最主要的信息如上图所示：type 表示一个 value 对象具体是何种数据类型，encoding 是不同数据类型在 Redis 内部的存储方式。
比如：type=string 表示 value 存储的是一个普通字符串，那么 encoding 可以是 raw 或者 int。
Redis的embstr编码方式和raw编码方式在3.0版本之前是以39字节为分界的，也就是说，如果一个字符串值的长度小于等于39字节，则按照embstr进行编码，否则按照raw进行编码。
而在3.2版本之后，则变成了44字节为分界。

redis的数据结构，分基本常用数据类型和底层实现结构

五大数据类型其底层数据结构：
1、字符串的底层数据结构是简单动态字符串SDS。以下特点：
① SDS 中 len 保存这字符串的长度，字符串长度时间复杂度O(1)。
② 空间预分配：字符串修改更少的内存重分配次数，通过预分配策略，即当修改之后字符串长度小于1MB的字符串自动分配字符串长度一倍的未使用空间。如：字符串长度13，其空间为13(len)+13(free)+1(末尾空字符串)。
修改后大于1MB,程序会自动分配1MB未使用空间。
③ 惰性空间释放，字符串缩短时，把缩短的字符串长度勇哥free字段记录下来，不进行内存重分配。当有需要是，真正释放未使用空间。
④ 二进制安全，保存，图片，视频，音频二进制流都可以。
⑤ 兼容部分C字符串函数。

2、列表的底层数据结构为双向链表（linkedlist）和压缩列表（ziplist）
后续版本对列表数据结构进行了改造，使用 quicklist 代替了 ziplist 和 linkedlist。

3、字典（哈希），底层结构为哈希表和压缩列表
①、字典在扩容或者压缩用到多字典表方式。逐渐进行rehash。
②、key哈希冲突，采用单向压缩列表存储。

4、ZSet(SortedSet) 有序集合，底层数据结构是跳跃表和压缩列表
①、跳跃表（skiplist）是一种有序数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的。
跳表在链表的基础上，增加了多层级索引，通过索引位置的几个跳转，实现数据的快速定位，如下图所示：

当一个集合只包含整数值元素，并且这个集合的元素数量不多时，Redis 就会使用整数集合作为集合键的底层实现，节省内存。

5、Set 集合的底层结构是哈希表和整型数组。

Redis过期键删除策略

1、惰性删除
概念：在获取某个 key 的时候，Redis 会检查下这个 key 是否过期了，如果过期了则删除，且不会返回任何东西。
优点：不会删除其他键，所以不会花费任何 CPU 时间在其他无关的过期键上。
缺点：大量过期键未被访问，无法自动释放，造成数据积压，可以看作是内存泄漏。

2、定期删除
概念：每隔默认的 100 ms 随机抽取一些设置了过期时间的 key，检查是否过期，如果过期就删除。
优点：
•限制操作执行的时长和频率来减少删除操作对 CPU 时间的影响。
•减少了因为过期键而带来的内存消费。
缺点：
•如果定时删除执行得太频繁，或者执行的时间太长，CPU 时间就会过多地消耗在删除过期键上面
•如果删除操作执行得太少，或者执行的时间太短，则会出现和惰性删除一样的问题，内存浪费或数据积压。

问题：为什么redis速度快？

1、基于内存实现
2、高效的底层数据结构
3、读写单线程模型（对于 Redis 的持久化、集群数据同步、异步删除等都是其他线程执行）
4、I/O 多路复用模型
并发处理连接。采用了 epoll + 自己实现的简单的事件框架。Redis 线程不会阻塞在某一个特定的监听或已连接套接字上，也就是说，不会阻塞在某一个特定的客户端请求处理上。正因为此，Redis 可以同时和多个客户端连接并处理请求，从而提升并发性。
5、Redis 全局 hash 字典
Redis 整体就是一个 哈希表来保存所有的键值对，无论数据类型是 5 种的任意一种。哈希表，本质就是一个数组，每个元素被叫做哈希桶，不管什么数据类型，每个桶里面的 entry 保存着实际具体值的指针。

而哈希表的时间复杂度是 O(1)，只需要计算每个键的哈希值，便知道对应的哈希桶位置，定位桶里面的 entry 找到对应数据，这个也是 Redis 快的原因之一。
Redis 使用对象（redisObject）来表示数据库中的键值，当我们在 Redis 中创建一个键值对时，至少创建两个对象，一个对象是用做键值对的键对象，另一个是键值对的值对象。
也就是每个 entry 保存着 「键值对」的 redisObject 对象，通过 redisObject 的指针找到对应数据。
Redis 通过链式哈希 解决冲突：也就是同一个 桶里面的元素使用链表保存 。但是当链表过长就会导致查找性能变差可能，所以 Redis 为了追求快，使用了两个全局哈希表。用于 rehash 操作，增加现有的哈希桶数量，减少哈希冲突。
6、持久化方案
7、主从哨兵模式。