redis八股文

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前言

redis八股文总结，后面有待补充

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

1、什么是redis

redis是一种基于内存的数据库,对数据的读写操作都是在内存中完成的，因此读写速度非常快，常用于缓存、消息队列、分布式锁等场景。
redis提供了多种数据类型来支持不同的业务场景，比如string（字符串）、hash（哈希）、List（列表）、set（集合）、Zset（有序集合）、Bitmaps（位图）、HyperLogLog（基数统计）、GEO（地理信息）、Stream（流），并且对数据类型的操作都是原子性的，因为redis执行命令是单线程，不存在并发竞争的问题

为什么用redis作为mysql的缓存
主要是因为redis具备高性能和高并发两种特性

1. redis具备高性能
   用户第一次访问mysql中的某些数据，因为是从硬盘上读取的，所以过程会比较慢。将该用户访问的数据缓存在redis中，这样下一次再访问这些数据的时候就可以直接从缓存中获取了，操作redis就是直接操作内存，不用访问硬盘，所以速度相当快。
   由于mysql数据改变后，需要同步改变redis缓存中的数据，不过这里会有redis和mysql双写一致性的问题。
2. redis具备高并发
   单台设备的redis的QPS（每秒钟处理完请求的次数）是mysql的十倍，所以redis能够承受的请求是远远大于mysql的，因此可以考虑把数据库中的部分数据转移到缓存中去。

2、redis数据结构

2.1 五种类型是什么及使用场景

redis提供了丰富的数据类型，常见的有五种：String（字符串）、Hash（哈希）、List（列表）、Set（集合）、Zset（有序集合）


redis五种数据类型的应用场景：

• String类型的应用场景：缓存对象、常规计数、分布式锁、共享session信息等。
• List类型的应用场景：消息队列（2 problems：生产者需要自行实现全局唯一ID 不能以消费组形式消费数据
• Hash类型：缓存对象、购物车
• set类型：集合计算（并集、交集、差集）场景，比如点赞、共同关注、抽奖活动等。
• Zset类型：排序场景，比如排行榜、电话和姓名排序等 。

redis后续又支持四种数据类型：

• BitMap：二值状态统计的场景，比如签到、判断用户登录状态、连续签到用户总数等。
• HyperLogLog：海量数据基数统计的场景，比如百万级网页UV计数等。
• GEO:存储地理位置信息的场景，比如滴滴叫车
• Stream：消息队列，相比于基于List类型实现的消息队列，可以自动生成全局唯一消息ID，支持以消费组形式消费数据。

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2.2 五种常见数据类型怎么实现

String类型内部实现

string类型底层数据结构使用简单动态字符串（SDS），SDS相比于C的原生字符串：

• SDS不仅可以保存文本数据，还可以保存二进制数据（即能保存图片、音频、视频、压缩文件）
• SDS获取字符串长度的时间复杂度是O(1)，用len属性记录了字符串长度，复杂度为O(1)
• Redis的SDS API 是安全的，拼接字符串不会造成缓冲区溢出。

String类型的使用场景：

• 常规计数，redis执行命令是单线程的，所以执行命令的过程是原子的。因此String类型适合用于计算访问次数、点赞、转发、库存数量等。
• 分布式锁，setNx，如果key不存在才插入，即
  • 如果key不存在，则显示插入成功，可以用来表示加锁成功
  • 如果key存在，会显示插入失败，即可用来表示加锁失败
    一般而言，还会对分布式锁设置过期时间，防止某一线程崩溃，锁一直无法释放
• 共享session信息
  在分布式系统中，借助redis对session信息进行统一的存储和管理，这样无论请求发送到哪台服务器，服务器都会去同一个redis获取相关的session信息，这就解决了分布式系统下session存储的问题。

List类型内部实现

双向链表或压缩列表实现，简单的字符串列表，按照插入顺序排序
元素较少，使用压缩列表（连锁更新情况保存前一个entry的长度，比较耗性能）；元素较多使用双向链表；后期改为quickList，其实就是双向链表+压缩链表。
quickList
应用场景：消息队列
消息队列有三大需求：消息保序（list先进先出保证）、处理重复的消息(每个消息都会有个全局的id，消费者记录已处理过的消息id，来判断当前收到的消息有没有经过处理，如果处理过，消费者程序就不再进行处理)和保证消息可靠性(BRPOPLPUSH命令，让消费者程序从一个list读取消息，同时，redis将这个消息插入到另一个list（备份list）中留存）
List作为消息队列，有缺陷：
list不支持多个消费者消费同一条消息，即不支持消费组的实现
Hash内部实现
压缩列表或者哈希表实现，redis7后压缩表列表舍弃，交由listpack数据结构实现（不存储上一个节点的长度，不出现连锁更新问题）。元素个数较少，使用压缩列表（listpack），较多使用哈希表
应用场景

• 缓存对象
• 购物车

set内部实现
用哈希表或整数集合来实现
元素个数较少，使用整数集合；较多使用哈希表。
set集合的几个特性：无序、不可重复、支持并交差
应用场景：

• 点赞 （一篇文章有多少用户点赞，去重）
• 共同关注
• 抽奖活动（去重，保证一个用户不会中奖两次）

zset内部实现
小：压缩列表（listpack），多：跳表
有序集合
使用场景

• 排行榜
• 电话、姓名排序

Bitmap
位图，可以通过偏移量（offset）定位元素，即可以将最小的单位bit来进行0/1的设置，表示某个元素的值或者状态，特别适合一些数据量大且使用二值统计的场景，用String类型作为底层数据结构
应用场景

• 签到统计
• 判断用户登录状态
• 连续签到用户总数

hyperLogLog
统计基数的数据集合类型，提供不精确的去重计数，用很小的内存空间，计算出很多元素的基数
使用场景
百万级网页UV计数

GEO
存储地理位置信息，并对存储的信息进行操作，使用数据类型为zset，sorted set
应用场景
滴滴叫车

Stream
消息队列，在list基础上增加了消费组的实现。

2.3 redis线程模型

2.3.1 redis是单线程嘛

redis单线程是指[接受客户端请求 -> 解析请求 -> 进行数据读写操作 -> 发送数据给客户端]这个过程是由一个线程来完成的
redis程序并不是单线程的，redis在启动的时候，会启动后台线程的。
redis会为很耗时的任务创建单独的线程来处理，如关闭文件、AOF刷盘、释放内存
注意redis的单线程只局限于网络IO和执行命令