Redis常见知识点小结（一）

た入场券 2023-09-28 08:22 22阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一、Redis的五种基础数据结构及其底层实现
 *  二、Redis的扩容机制
 *  三、Redis是单线程还是多线程
 *  四、Redis为啥这么快
 *  五、跳表的实现原理
 *  六、Redis主从复制
 *  七、缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩
 *  八、Redis里的数据落地(持久化)机制
 *  九、Redis分布式锁
 *  十、Redis过期删除策略
 *  十一、Redis分布式锁的宕机失效
 *  总结

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## 前言 ##

> 注：我的笔记风格，可能不会特别官方，不会晦涩难懂，而是以一个初学者能看懂的方式把知识呈现出来，用最简单的语言把抽象的概念表达出来～

Redis是最常用的NoSQL数据库，也是后端开发最常用的技术之一，缓存、分布式锁等场景都会用到Redis。本文用通俗易懂的语言把Redis在面试中和工作中常用到的知识做一个小结。

**一起开始吧【长文警告！！！】~**

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## 一、Redis的五种基础数据结构及其底层实现 ##

> 这里补充一点：Redis里面所有的操作都是原子操作哦~

Redis有五种基础的数据结构：

（1）string

动态字符串；

底层：动态字符串（类似cpp里面的vector），有capacity（大于size），如果扩容，扩容两倍。

（2）list

双向链表；

底层：使用quicklist，数据少的时候用连续的内存（ziplist，压缩链表），如果数据多了，就用多个ziplist连接到一起，形成quicklist；

（3）set

底层：set（哈希set）

（4）zset

有序集合，用跳表实现

底层：数据少用ziplist，value和scores挨着存储，数据多用hash（`map<value, scores>`）+ 跳表（分层次查找，从高到低，快速找到元素）

（5）hash

底层，当数据少的时候，用ziplist，数据多，用hashtable

## 二、Redis的扩容机制 ##

**Redis的扩容机制：**

1.  首先redis内部，都是k-v（key-value结构），用一个类似哈希的结构存储的，所谓扩容，就是指哈希的扩容；
2.  哈希就是，输入一个k-v，根据key和散列函数，得到k的索引，然后插入到哈希表中；
3.  如果两个k对应一个索引，就会产生冲突，哈希冲突，解决哈希冲突的方法有很多，比如映射到的索引值+1，比如用链表，而redis底层就是用链表来实现的，由于没有指向链表尾部的指针，所以每次插入都是插在链表头部；
4.  会维护一个负载因子，负载因子等于当前存的节点数÷容量；
5.  扩容的时候就是rehash，重新散列的过程；
6.  只有负载因子大于1或者5的时候，需要扩容，或者小于0.1的时候，需要收缩，扩容和收缩都是rehash。

**rehash的过程：**

1.  为新的哈希表申请内存，申请的大小为之前的几倍或者几分之一；
2.  把原来的数据，重新做哈希映射，重新计算散列函数的值和索引值，插入到新表中；
3.  插入完成后，释放原来的哈希表，把新的改为原来的哈希表的名字。

## 三、Redis是单线程还是多线程 ##

（1）Redis主体是单线程+io多路复用的哒，io多路复用就是为了提高并发，一个线程多个tcp连接；

（2）执行指令是单线程的，可以避免多线程的开销（创建、释放、上下文切换、锁机制等），但是对于一些模块，采用多线程。

## 四、Redis为啥这么快 ##

（1）Redis都是存储在**内存**中的，没有磁盘io带来的开销；

（2）Redis对命令的执行和解析是**单线程**的，没有多线程的开销（线程的创建和销毁，线程上下文切换）；

（3）redis使用**io多路复用技术**，提高并发效率；

（4）redis不需要解析sql语句，基于哈希存储，哈希的效率很高。

## 五、跳表的实现原理 ##

> **为啥要用跳表？**
> 
> 对于一个单链表，要想去查找一个节点，需要O（n），因此可以类比二分查找的思想，提出跳表的概念，Redis里面的zset也是用跳表+哈希map实现的，lc1206就是实现跳表的题目~

**1）原理？**

先把单链表排序，从小到大，作为最底层；

然后每隔两个节点，设置一个索引节点（保存值，next节点的指针，down下一层节点的指针），这是第二层；

以此类推，可以设置多层，这样就形成了一个跳表~

**2）查询、删除、插入？**

查询：先从最上层查，对比，如果目标在两个节点之间，那么就寻找左边节点的down，下一层，以此类推，时间复杂度O（logn）；

删除：要找到前一个节点才能删除，寻找节点O（logn），删除节点O（1）；

插入：同删除，先查询再删除。

## 六、Redis主从复制 ##

**1.目的：**

为了实现读写分离，可以支持高并发的读数据，分担读数据压力；

高可用性，主数据库宕机了，从可以变成主。

**2.原理：**

一个master，多个从，从初始化的时候，全量复制master的数据（此时可以从从数据库读数据），后面，master写数据的时候，从随之跟着修改，实现增量复制。

**3.缺点：**

有延迟，主和从复制有延迟。

## 七、缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩 ##

> 这三个都是Redis用作缓存的时候经常出现的问题~

模型：请求--缓存--数据库

**（1）缓存击穿**

问题：如果同一时刻有大量的key过期，那么访问这些key的请求，缓存不会命中，就直接打到数据库上，造成击穿。

解决：活跃key设置永不过期，常用的延长过期时间；同一批key设置不同的过期时间。

**（2）缓存雪崩**

问题：缓存宕机，或者大量key失效，请求会直接访问数据库，造成系统崩溃。

解决：设置redis集群作缓存；用队列来控制请求流量。

**（3）缓存穿透**

问题：请求在缓存中没有，因此访问数据库，数据库中也没有，因此返回null，然后缓存中不存储null，有大量该请求。

解决：缓存中存储该对象，并设置过期时间；布隆过滤器。

## 八、Redis里的数据落地(持久化)机制 ##

> Redis是存在内存中的，有两种持久化机制，所谓持久化，就是从内存拷贝到磁盘中！

**（1）RDB**

1）定时将数据库数据进行备份，dump到dump.rdb文件中，每次启动的时候从rdb文件恢复；

2）在4379.conf中可以修改，比如多少个key变动，进行备份。

优点：适合大规模数据的备份，效率高。

缺点：可用性不行，如果在备份前宕机，那么会丢失数据。

**（2）AOF**

1）将数据库的写和删除操作，以日志的形式追加到文件中，不记录读操作。

2）有三种备份方式：每秒，每写（always），永不。

优点：可用性高，宕机也能恢复之前的。

缺点：效率低。

## 九、Redis分布式锁 ##

**（1）实现方式**

setnx：只能对没创建的数据加锁，可以配置过期时间。

redlock：设置五个独立的redis主机，记录一个时间戳，然后分别对这五个加锁，如果超过三个加锁成功，那就记录下一个时间戳，加锁成功，否则失败。

**（2）分布式锁的问题**

1.取到锁的客户端长期阻塞，导致锁过期，其他客户端也可以取到锁。

## 十、Redis过期删除策略 ##

**（1）设置过期时间**

expire

**（2）过期删除策略**

1.立刻删除：

设置过期时间的时候，设置一个删除器，过期时间一到，立刻删除

cpu压力大，内存压力小

2.惰性删除：

不删除，直到读写该数据的时候，判断是否过期，过期则删除

cpu压力小，内存压力大

3.定期删除：

定期扫描数据，删除过期的数据

**（3）redis使用的过期策略**

惰性删除+定期删除（随机）

## 十一、Redis分布式锁的宕机失效 ##

宕机失效也是传统的使用setnx实现分布式锁的一个缺点，也就是，假如一个1主3从的结构，主节点有个锁，从节点变成主节点的时候，主节点宕机了，此时这个锁没有及时同步过来，就发生了锁失效的问题。

此时可以用redis提供的redlock机制来解决这个问题。

**redlock大致的原理：**

1）获取时间戳

2）同时创建独立的五个master节点

3）如果要获取锁，分别对五个节点同时获取锁，如果在一定时间内获取到了3把或者更多，就可以获取锁

4）如果没有获取到一定数目的锁，就失败

## 总结 ##

本文介绍了Redis的常见知识点和面试题，希望可以给大家提供帮助！

> 本系列为基础知识分享，日更，有任何问题可以私聊或评论博主哦！  
> 希望给各位找工作和工作中的小伙伴提供一点微博的帮助，如果觉得有帮助，欢迎点赞评论收藏关注～

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