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Redis是后端工程師必備的一項技能淆游，下面分享一位求職者在面試過程中遇到的問題傍睹。
面試官說：“我們開始吧∮塘猓看了你的簡歷拾稳，覺得你對redis應(yīng)該掌握的不錯，我們今天就來討論下redis…”腊脱。我想：“來就來访得，兵來將擋水來土掩”。
一虑椎、Redis是什么
面試官：你先來說下redis是什么吧
我：（這不就是總結(jié)下redis的定義和特點嘛）Redis是C語言開發(fā)的一個開源的（遵從BSD協(xié)議）高性能鍵值對（key-value）的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，可以用作數(shù)據(jù)庫俱笛、緩存捆姜、消息中間件等。它是一種NoSQL（not-only sql迎膜，泛指非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）的數(shù)據(jù)庫泥技。
我頓了一下，接著說：Redis作為一個內(nèi)存數(shù)據(jù)庫磕仅。
性能優(yōu)秀珊豹，數(shù)據(jù)在內(nèi)存中，讀寫速度非抽哦快店茶，支持并發(fā)10W QPS；
單進(jìn)程單線程劫恒，是線程安全的贩幻，采用IO多路復(fù)用機制；
豐富的數(shù)據(jù)類型两嘴，支持字符串（strings）丛楚、散列（hashes）、列表（lists）憔辫、集合（sets）趣些、有序集合（sorted sets）等；
支持?jǐn)?shù)據(jù)持久化贰您』灯剑可以將內(nèi)存中數(shù)據(jù)保存在磁盤中拢操，重啟時加載；
主從復(fù)制功茴，哨兵庐冯，高可用；
可以用作分布式鎖坎穿；
可以作為消息中間件使用展父，支持發(fā)布訂閱
注：答主回答的還是不錯的，我們看一下官方簡介
Redis是一個基于BSD開源的項目玲昧，是一個把結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)放在內(nèi)存中的一個存儲系統(tǒng)栖茉，你可以把它作為數(shù)據(jù)庫，緩存和消息中間件來使用孵延。同時支持strings吕漂，lists，hashes尘应，sets惶凝，sorted sets，bitmaps犬钢，hyperloglogs和geospatial indexes等數(shù)據(jù)類型苍鲜。
它還內(nèi)建了復(fù)制，lua腳本玷犹，LRU（Least Recently Used混滔，最近最少使用），事務(wù)等功能歹颓，通過redis sentinel（即哨兵）實現(xiàn)高可用坯屿，通過redis cluster實現(xiàn)了自動分片。以及事務(wù)巍扛，發(fā)布/訂閱领跛，自動故障轉(zhuǎn)移等等。
面試官：總結(jié)的不錯撤奸，看來是早有準(zhǔn)備啊隔节。剛來聽你提到redis支持五種數(shù)據(jù)類型，那你能簡單說下這五種數(shù)據(jù)類型嗎寂呛？
二怎诫、五種數(shù)據(jù)類型
我：當(dāng)然可以，但是在說之前贷痪，我覺得有必要先來了解下Redis內(nèi)部內(nèi)存管理是如何描述這5種數(shù)據(jù)類型的幻妓。說著，我拿著筆給面試官畫了一張圖：
?
我：首先redis內(nèi)部使用一個redisObject對象來表示所有的key和value，redisObject最主要的信息如上圖所示：
type表示一個value對象具體是何種數(shù)據(jù)類型肉津，
encoding是不同數(shù)據(jù)類型在redis內(nèi)部的存儲方式强胰。比如：type=string表示value存儲的是一個普通字符串，那么encoding可以是raw或者int妹沙。
我頓了一下偶洋，接著說：下面我簡單說下5種數(shù)據(jù)類型：
string是redis最基本的類型，可以理解成與memcached一模一樣的類型距糖，一個key對應(yīng)一個value玄窝。value不僅是string，也可以是數(shù)字悍引。string類型是二進(jìn)制安全的恩脂，意思是redis的string類型可以包含任何數(shù)據(jù)，比如jpg圖片或者序列化的對象趣斤。string類型的值最大能存儲512M俩块。
Hash是一個鍵值（key-value）的集合。redis的hash是一個string的key和value的映射表浓领，Hash特別適合存儲對象玉凯。常用命令：hget,hset,hgetall等。
list列表是簡單的字符串列表联贩，按照插入順序排序漫仆。可以添加一個元素到列表的頭部（左邊）或者尾部（右邊） 常用命令：lpush撑蒜、rpush歹啼、lpop玄渗、rpop座菠、lrange(獲取列表片段)等。
應(yīng)用場景：list應(yīng)用場景非常多藤树，也是Redis最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一浴滴，比如twitter的關(guān)注列表，粉絲列表都可以用list結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)岁钓。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：list就是鏈表升略，可以用來當(dāng)消息隊列。redis提供了List的push和pop操作屡限，還提供了操作某一段的api品嚣，可以直接查詢或者刪除某一段的元素。
實現(xiàn)方式：redis list的是實現(xiàn)是一個雙向鏈表钧大，支持反向查找和遍歷翰撑，更方便操作，不過帶來了額外的內(nèi)存開銷啊央。set是string類型的無序集合眶诈。集合是通過hashtable實現(xiàn)的涨醋。set中的元素是沒有順序的，而且是沒有重復(fù)的逝撬。
常用命令：sdd浴骂、spop、smembers宪潮、sunion等溯警。
應(yīng)用場景：redis set對外提供的功能和list一樣是一個列表，特殊之處在于set是自動去重的坎炼，而且set提供了判斷某個成員是否在一個set集合中愧膀。zset和set一樣是string類型元素的集合，且不允許重復(fù)的元素谣光。常用命令：zadd檩淋、zrange、zrem萄金、zcard等蟀悦。
使用場景：sorted set可以通過用戶額外提供一個優(yōu)先級（score）的參數(shù)來為成員排序，并且是插入有序的氧敢，即自動排序日戈。當(dāng)你需要一個有序的并且不重復(fù)的集合列表，那么可以選擇sorted set結(jié)構(gòu)孙乖。和set相比浙炼，sorted set關(guān)聯(lián)了一個double類型權(quán)重的參數(shù)score，使得集合中的元素能夠按照score進(jìn)行有序排列唯袄，redis正是通過分?jǐn)?shù)來為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序弯屈。
實現(xiàn)方式：Redis sorted set的內(nèi)部使用HashMap和跳躍表(skipList)來保證數(shù)據(jù)的存儲和有序，HashMap里放的是成員到score的映射恋拷，而跳躍表里存放的是所有的成員资厉，排序依據(jù)是HashMap里存的score，使用跳躍表的結(jié)構(gòu)可以獲得比較高的查找效率蔬顾，并且在實現(xiàn)上比較簡單宴偿。
數(shù)據(jù)類型應(yīng)用場景總結(jié)
| 類型 | 簡介 | 特性 | 場景 |
|---|---|---|---|
| string（字符串） | 二進(jìn)制安全 | 可以包含任何數(shù)據(jù)，比如jpg圖片或者序列化對象 | |
| Hash（字典） | 鍵值對集合诀豁，即編程語言中的map類型 | 適合存儲對象窄刘，并且可以像數(shù)據(jù)庫中的update一個屬性一樣只修改某一項屬性值 | 存儲、讀取舷胜、修改用戶屬性 |
| List（列表） | 鏈表（雙向鏈表） | 增刪快娩践，提供了操作某一元素的api | 最新消息排行；消息隊列 |
| set（集合） | hash表實現(xiàn)，元素不重復(fù) | 添加欺矫、刪除纱新、查找的復(fù)雜度都是O(1)，提供了求交集穆趴、并集脸爱、差集的操作 | 共同好友；利用唯一性未妹，統(tǒng)計訪問網(wǎng)站的所有Ip |
| sorted set（有序集合） | 將set中的元素增加一個權(quán)重參數(shù)score簿废，元素按score有序排列 | 數(shù)據(jù)插入集合時，已經(jīng)進(jìn)行了天然排序 | 排行榜络它；帶權(quán)重的消息隊列 |
面試官：那Redis緩存你一定用過的吧族檬，用的過程中遇到過什么問題嗎？雪崩了解嗎化戳？
我：緩存和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一致性問題：分布式環(huán)境下非常容易出現(xiàn)緩存和數(shù)據(jù)庫間數(shù)據(jù)一致性問題单料，針對這一點，如果項目對緩存的要求是強一致性的点楼，那么就不要使用緩存扫尖。我們只能采取合適的策略來降低緩存和數(shù)據(jù)庫間數(shù)據(jù)不一致的概率，而無法保證兩者間的強一致性掠廓。合適的策略包括合適的緩存更新策略换怖，更新數(shù)據(jù)庫后及時更新緩存、緩存失敗時增加重試機制蟀瞧。
緩存雪崩
緩存雪崩是指在我們設(shè)置緩存時采用了相同的過期時間沉颂，導(dǎo)致緩存在某一時刻同時失效，請求全部轉(zhuǎn)發(fā)到DB悦污，DB瞬時壓力過重雪崩铸屉。
舉個栗子：
如果某電商網(wǎng)站首頁所有Key的失效時間都是12小時，中午12點刷新的塞关，我零點有個大促活動大量用戶涌入抬探，假設(shè)每秒6000個請求子巾，本來緩存可以抗住每秒5000個請求帆赢，但是緩存中所有Key都失效了。此時6000個/秒的請求全部落在了數(shù)據(jù)庫上线梗，數(shù)據(jù)庫必然扛不住椰于，真實情況可能DBA都沒反應(yīng)過來直接掛了，此時仪搔，如果沒什么特別的方案來處理瘾婿，DBA很著急，重啟數(shù)據(jù)庫，但是數(shù)據(jù)庫立馬又被新流量給打死了偏陪。這就是我理解的緩存雪崩抢呆。
我心想：同一時間大面積失效，瞬間Redis跟沒有一樣笛谦，那這個數(shù)量級別的請求直接打到數(shù)據(jù)庫幾乎是災(zāi)難性的抱虐，你想想如果掛的是一個用戶服務(wù)的庫，那其他依賴他的庫所有接口幾乎都會報錯饥脑，如果沒做熔斷等策略基本上就是瞬間掛一片的節(jié)奏恳邀，你怎么重啟用戶都會把你打掛，等你重啟好的時候灶轰，用戶早睡覺去了谣沸。
解決方案
緩存失效時的雪崩效應(yīng)對底層系統(tǒng)的沖擊非常可怕笋颤。有一個簡單方案就是將緩存失效時間分散開乳附，比如我們可以在原有的失效時間基礎(chǔ)上增加一個隨機值，比如1-5分鐘隨機伴澄，這樣每一個緩存的過期時間的重復(fù)率就會降低许溅，就很難引發(fā)集體失效的事件。
如果Redis是集群部署秉版，將熱點數(shù)據(jù)均勻分布在不同的Redis庫中也能避免全部失效贤重。
或者設(shè)置熱點數(shù)據(jù)永不過期，有更新操作就更新緩存就好了（比如更新了首頁商品清焕，那你刷下緩存就好了并蝗，不要設(shè)置過期時間），電商首頁的數(shù)據(jù)也可以用這個操作秸妥，保險滚停。
面試官：那你了解緩存穿透和擊穿么，可以說說他們跟雪崩的區(qū)別嗎粥惧？
緩存穿透 與 緩存擊穿
我：緩存穿透是指查詢一個一定不存在的數(shù)據(jù)键畴，由于緩存是不命中時被動寫的，并且出于容錯考慮突雪，如果從存儲層查不到數(shù)據(jù)則不寫入緩存起惕，這將導(dǎo)致這個不存在的數(shù)據(jù)每次請求都要到存儲層去查詢，失去了緩存的意義咏删。而用戶（黑客）不斷發(fā)起請求惹想，這就是漏洞。
舉個栗子：我們數(shù)據(jù)庫的id都是從1自增的督函，如果發(fā)起id=-1的數(shù)據(jù)或者id特別大不存在的數(shù)據(jù)嘀粱，這樣的不斷攻擊導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫壓力很大激挪，嚴(yán)重會擊垮數(shù)據(jù)庫。
我又接著說：至于緩存擊穿嘛锋叨，這個跟緩存雪崩有點像垄分，但是又有一點不一樣，緩存雪崩是因為大面積的緩存失效娃磺，打崩了DB锋喜，而緩存擊穿不同的是緩存擊穿是指一個Key非常熱點，在不停地扛著大量的請求豌鸡，大并發(fā)集中對這一個點進(jìn)行訪問嘿般，當(dāng)這個Key在失效的瞬間，持續(xù)的大并發(fā)直接落到了數(shù)據(jù)庫上涯冠，就在這個Key的點上擊穿了緩存炉奴。并發(fā)的請求可能會瞬間把后端DB壓垮。
面試官露出欣慰的眼光：那他們分別怎么解決蛇更？
緩存穿透我會在接口層增加校驗瞻赶，比如用戶鑒權(quán)，參數(shù)做校驗派任，不合法的校驗直接return砸逊，比如id做基礎(chǔ)校驗，id<=0直接攔截掌逛。
從緩存取不到的數(shù)據(jù)师逸，在數(shù)據(jù)庫中也沒有取到，這時也可以將key-value對寫為key-null豆混，緩存有效時間可以設(shè)置短點篓像，如30秒（設(shè)置太長會導(dǎo)致正常情況也沒法使用）。這樣可以防止攻擊用戶反復(fù)用同一個id暴力攻擊皿伺。
Redis里還有一個高級用法布隆過濾器（Bloom Filter）這個也能很好的預(yù)防緩存穿透的發(fā)生员辩，他的原理也很簡單，就是利用高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法快速判斷出你這個Key是否在數(shù)據(jù)庫中存在鸵鸥，不存在你return就好了奠滑，存在你就去查DB刷新KV再return。但布隆過濾器有一定的誤判性妒穴。
緩存擊穿的話宋税，主要有三種解決方法：
使用互斥鎖(mutex key):這種解決方案思路比較簡單，就是只讓一個線程構(gòu)建緩存宰翅，其他線程等待構(gòu)建緩存的線程執(zhí)行完弃甥，重新從緩存獲取數(shù)據(jù)就可以了爽室。
"提前"使用互斥鎖(mutex key)：在value內(nèi)部設(shè)置1個超時值(timeout1), timeout1比實際的緩存失效時間timeout(timeout2)小汁讼。當(dāng)從cache讀取到timeout1發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)過期時候淆攻，馬上獲取新的數(shù)據(jù)到cache并延長timeout1并重新設(shè)置到cache。
“永遠(yuǎn)不過期”：然后通過定時job去刷新緩存嘿架。
加鎖偽代碼如下：
public function getData($key)
{
$data = redis->get($key);
if (!is_null($data)) {
//緩存未過期
if ($data['expire'] > time()){
return $data['data'];
}
//加鎖失敗說明已經(jīng)有請求執(zhí)行加鎖瓶珊，返回之前的緩存數(shù)據(jù)
if (!Redis::setnx($lockKey,1)) {
return $data['data'];
}
}
usleep(100);
$data_new = $this->searchDB($key);
$data = [
'data' => $data_new,
'expire' => time() + $expire
];
$r = redis->set($key, $data, $expire);
//解鎖
redis->del($lockKey);
return $data['data'];
}
今天就分享到這里，預(yù)知后事如何且聽下回分解耸彪。
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