Redis-牛客面经八股

1. 详细的说说Redis的数据类型

redis中常用的五种数据结构：string、list、set、zset、hash。

string结构底层是一个简单动态字符串，支持扩容，存储字符串。
list存储线性有序且可重复的元素，底层数据结构可以是双向链表/压缩列表。
set存储不可重复的元素，一般用于求交集、差集等，底层数据结构可以是hash和整数数组。
zset存储的是有序不可重复的元素，zset为每个元素添加了一个score属性作为排序依据，底层数据结构可以是ziplist和跳表。
hash类型存储的是键值对，底层数据结构是ziplist和hash。redis会在性能以及节省内存间考虑，选择最适合当前状态的底层数据结构实现

2. 说说Redis的单线程架构。

redis采用的是单线程+IO多路复用技术。
这里单线程指的是redis中读写操作和网络IO使用的是由一个线程来完成，但是其他操作是有其他线程完成，例如持久化操作。
单线程既可以简化数据结构和算法的实现，同时也消除了线程切换和锁竞争所带来的消耗。
redis中采用的IO多路复用技术实现了单线程下同时处理多个IO请求。
redis为什么这么快：
1. 单线程进行读写操作，避免线程切换和锁竞争带来的消耗。
2. redis操作是在内存中进行的。
3. 最重要的就是：采用了IO多路复用技术，实现了在网络IO中能够处理大量并发请求，实现高吞吐率。

3. 说说Redis的持久化策略。

redis的持久化策略有三种：

RDB持久化：将当前进程中的数据已生成快照的方式保存到硬盘中，是redis默认的持久化机制。

优点：持久化时生成的文件体积小，恢复数据快，
缺点：每次运行都需要执行fork操作，RDB持久化策略，没有做到实时的持久化，有时可能会丢失最后一步的数据。

AOF持久化：以独立日志的方式记录每次写入的命令，重启时执行AOF中的命令即可恢复数据。

优点：AOF持久化的安全性更高，保证了数据持久化的实时性。
缺点：文件要大很多，恢复速度慢。

RDB-AOF持久化：这种方式是基于AOF持久化方式构建出来的。兼具RDB和AOF的优势。

4. 说说Redis的缓存淘汰策略。

可以分为三大类：惰性删除、定期删除、maxmemory-policy；

惰性删除：客户端访问一个key的时候，Redis会先检查它的过期时间，如果发现过期就立刻删除这个key。
定期删除：redis会将设置了过期时间的key放到一个独立的字典中，并对该字典进行每秒10次的过期扫描，过期扫描不会遍历字典中所有的key，而是采用了一种简单的贪心策略，该策略如下：1、从过期字典红随机选择20个key,2、删除这20个key中已过期的key，3、如果已过期key的比例超过25%，则重复步骤1；
当写入数据将超出maxmemory限制时，Redis会采用maxmemory-policy所制定的策略进行数据淘汰即 LRU （最近最少使用原则）LRU算法的不足之处在于,若一个key很少被访问,只是刚刚偶尔被访问了一次,则它就被认为是热点数据,短时间内不会被淘汰。 LFU算法正式用于解决上述问题,LFU（Least Frequently Used）是Redis4新增的淘汰策略,它根据key的最近访问频率进行淘汰。LFU在LRU的基础上,为每个数据增加了一个计数器,来统计这个数据的访问次数。当使用LFU策略淘汰数据时,首先会根据数据的访问次数进行筛选,把访问次数最低的数据淘汰出内存。如果两个数据的访问次数相同,LFU再比较这两个数据的访问时间,把访问时间更早的数据淘汰出内存。

5. 如何实现Redis高可用?

主从复制：写一定是在主服务器上，然后主服务器同步给从服务器。

缺点：当主服务器挂掉的时候，不能自动切换到从服务器上。主从服务器存储数据一样，内存可用性差。
优点：在一定程度上分担主服务器读的压力。

哨兵模式：构建多个哨兵节点监视主从服务器，当主服务器挂掉的时候，自动将对应的从服务器切换成主服务器。

优点：实现自动切换，可用性高。
缺点：主从服务器存储数据一致，内存可用性差。还要额外维护一套哨兵系统，较为麻烦。

集群模式：采用无中心节点的方式实现。多个主服务器相连，一个主服务器可以有多个从服务器，不同的主服务器存储不同的数据。

优点：可用性更高，内存可用性高。

6. 如何利用Redis实现一个分布式锁？

方案一：SETNX + EXPIRE
方案二：SETNX + value值是（系统时间 + 过期时间）
方案三：使用Lua脚本（包含SETNX + EXPIRE两条指令）
方案四：SET的扩展命令（SET EX PX NX）
方案五：SET EX PX NX + 校验唯一随机值，再释放锁
方案六：开源框架：Redisson
方案七：多机实现的分布式锁Redlock

7. Redis怎么实现延时消息？

redis可以通过zset有序集合来实现延时消息功能。可以将发送的时间作为score，发送的内容作为value存储在zset中，轮询zset检查当前时间是否达成消息的发送时间，来实现延时消息的投递。

8. Redis中的String怎么实现的?

String是由SDS（简单动态字符串）实现的，结构包含字符串长度、分配的内存空间和字符串数组。
支持二进制安全数据存储（可以存储包含\0的数据），自动预分配内存空间减少内存重分配次数，通过len字段实现字符串长度O(1)获取。
Redis会根据数据内容动态调整编码格式较少内存占用，int编码、embstr编码、raw编码

int编码：当数据是数值字符串时，直接使用64位长整型存储，避免字符串解析开销
embstr编码：字符串长度<=44字节，SDS与对象元数据RedisObject连续存在同一块内存中
raw编码：字符串长度>44字节，SDS与对象元数据RedisObject分开存储，通过指针关联

9. Redis中的Zset怎么实现的?

ZSet的数据结构：

数据量较小的时候使用压缩表ziplist，数据和score按照score顺序成对存储
数据量较大的时候使用跳表skiplist+哈希表dict，skiplist按照score顺序存储数据，实现数据有序以及范围查询等功能，dict存储数据和score的对应关系，实现数据唯一以及快速查询单个数据功能

ziplist什么时候会转成skiplist+dict?

元素个数超过配置zset-max-ziplist-entries，默认是128
任意一个元素大小超过zset-max-ziplist-value，默认是64字节

10. 使用 Redis 实现一个排行榜怎么做？

redis实现一个排行榜
使用ZSet集合存储数据和分数，ZADD添加数据、ZRANK查看排名、ZSCORE查看分数、ZRANGE查询升序排名，ZREVRANGE查询降序排名。
设置日榜、周榜、月榜可以通知key进行区分

11. 如何用Redis实现注册中心？

使用redis实现注册中心，注册中心需要满足服务注册、心跳续期、健康检查、服务发现、服务下线几个功能：

服务注册：使用Hash存储服务实例信息，HSET 服务名服务实例ID 实例数据，服务名是redis的key，服务实例ID作为Hash的key，实例数据作为Hash的value，实例数据可以包含ip、端口、是否存活等信息；最后给key设置一个过期时间
心跳续期：服务注册的时候有设置一个过期时间，服务实例需要定期更新对应的key过期时间，实现心跳续期
健康检查：定期扫描服务key（可以通过lua脚本试下），清理失效的实例
服务发现：通过HGETALL获取服务key所有存活的实例
服务下线：服务实例下线自动删除服务key