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Redis面试篇

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Redis面试篇

Redis面试篇

1.什么是Redis？作用是什么？

Redis（Remote Dictionary Server）是一个 基于内存的高性能 NoSQL 数据库 ，通常用于 缓存 、 分布式存储 和 消息队列 。它支持 键值（key-value）存储 ，并且可以存储 字符串、哈希、列表、集合、有序集合等多种数据结构

Redis 的主要作用

  1. 缓存（提高系统性能）

    • 存储热点数据 ，减少数据库访问压力，提高查询速度。
    • 例如：存储用户信息、文章内容、商品信息等，避免每次都查数据库。

  2. 分布式锁（保证并发安全）

    • 在高并发场景下，多个线程/进程可能同时访问一个资源，Redis 的 SETNX 、 Redisson 可以实现 分布式锁 ，防止数据冲突。
    • 例如：限流、秒杀活动、库存扣减。

  3. 计数器和限流（防止系统被滥用）

    • 适用于访问量统计、限流（如接口请求次数限制）。
    • 例如：某接口 1 分钟内最多访问 10 次 ，超过就返回错误。

  4. Session 共享（解决分布式会话问题）

    • 在分布式系统中，多个服务器需要共享 Session（如用户登录状态），可以使用 Redis 统一存储。

  5. 消息队列（异步处理任务）

    • Redis 的 List 和 Pub/Sub 可用于实现 消息队列 ，提高系统吞吐量。
    • 例如： 订单系统 → 消息队列 → 异步处理支付、物流 。

  6. 排行榜（游戏、社交场景）

    • Redis 的 有序集合（Sorted Set） 可以存储分数排名，如游戏积分榜、热搜榜。

2.什么是缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩

2.1缓存穿透

缓存穿透是指客户端频繁访问一些不存在的缓存数据，由于缓存中没有这些数据的记录，每次请求都直接访问数据库，导致数据库压力增大，但是数据库中也不存在(就是指大量请求不存在的资源,大量请求不存在的资源大概率就是被黑客攻击了……)

如何解决? 缓存空值：当查询一个不存在的key时，先访问缓存，缓存中没有访问数据库，数据库中也没有用的话就用redis做一个空标记 ，将空结果也写入缓存，并设置一个较短的过期时间 。下次再遇到相同的请求时判断是否存在空标记 key，存在这个空标记则直接返回缓存中的空值，避免再次查询数据库。(但这种标记过多的话会消耗资源,不推荐)

使用分布式锁:当请求发现缓存不存在时，可以使用分布式锁机制，避免多个相同的请求同时访问数据库。这样，只让一个请求去加载数据，其他请求等待，从而减轻数据库压力.

布隆过滤器 :布隆过滤器是一种数据结构,在查询缓存和数据库之前，利用布隆过滤器来存储这个 key ，判断key是否存在,存在则直接放行.如果该key不存在则直接被拦截返回，不必查询缓存或数据库，节约存储空间。

对疯狂请求不存在数据的ip进行拉黑

缓存穿透无敌解决方法(能用上的方法全用上 ^_^ ) 布隆过滤器+空对象+分布式锁:

1.当缓存不存在时，先通过布隆过滤器进行初步筛选,

2.如果布隆过滤器判定数据可能存在，则检查是否存在空对象缓存。

3.如果空对象缓存不存在，再使用分布式锁防止多个相同请求同时访问数据库。

4.最后，如果数据库查询结果为空，将结果缓存为空对象，以防后续重复查询

2.2缓存击穿

缓存击穿 是指某个 热点数据 在缓存中失效的 瞬间 有大量的并发请求同时访问该数据，由于该数据在缓存中失效，大量请求同时访问数据库，造成数据库压力骤增。这种情况通常发生在热点数据或访问频繁的数据上。

如何解决? 互斥锁机制 :当缓存失效时，通过加锁的方式保证只有一个线程去查询数据库并更新缓存，其他线程等待缓存更新完成后再获取数据。

缓存不设置过期时间:对于极为重要的热点数据，可以设置其缓存永不过期，同时后台启动线程定期刷新该缓存,但如果重要的热点数据过多,不推荐此方法

监控热门数据，实时调整key的过期时长

2.3缓存雪崩

redis中 大量key同时过期 ，导致大量请求直接访问数据库，瞬间引发数据库压力激增，甚至导致数据库崩溃。

如何解决? 缓存的过期时间使用随机值,这样减少了大量缓存同时过期的情况.

实时调整，监控哪些数据是热门数据，实时的调整key的过期时长.

使用锁机制,未获取锁的请求只能进行等待

3.redis如何持久化

Redis 是 基于内存 的数据库，但为了防止数据丢失，它提供了 两种持久化机制 ：

  1. RDB（Redis Database）—— 快照存储
  2. AOF（Append Only File）—— 追加日志存储

1. RDB（快照存储）

原理 ：Redis 以 二进制快照 的形式将数据库的 整个数据 保存到磁盘文件（ .rdb ）中，在发生故障时可以恢复。

特点 ：

✅ 适用于 大规模数据的定期备份 ，恢复速度快。 ✅ 占用空间小，存储效率高。 ❌ 如果 Redis 意外崩溃 ，则 最后一次快照之后的数据可能丢失 。

2. AOF（追加日志）

原理 ：Redis 记录所有的 写操作命令 （如 SET 、 DEL ），并将它们 以日志形式 （ .aof 文件）追加到磁盘，Redis 重启时可重放这些命令恢复数据 。

特点 ：

✅ 数据安全 ，即使 Redis 意外崩溃 ， AOF 也能最大限度减少数据丢失 。 ✅ 适用于 高实时性数据 （例如：秒杀、交易系统）。 ❌ 日志文件较大 ，可能会影响 Redis 启动速度。

4. Redis 的过期策略和内存淘汰策略

Redis 作为 内存数据库 ，存储空间是有限的，因此需要 过期策略 和 内存淘汰策略 来管理数据。

4.1 Redis 过期策略（如何删除过期数据）

Redis 允许 设置键的过期时间 （TTL），当键过期后，就会被删除。Redis 提供了 三种删除策略 ：

（1）定期删除（默认）

机制 ：Redis 每 100ms 进行一次 过期键的扫描 ，随机检查一部分过期键，并删除过期的键。

✅ 优点 ：减少了系统负担，不会影响 Redis 性能。 ❌ 缺点 ：如果过期键过多，可能 不会一次性删除完 ，导致 内存占用增加 。

（2）惰性删除

机制 ：当 客户端访问一个键 时，Redis 发现它已经 过期 ，就会 立刻删除 这个键。

✅ 优点 ：仅在访问时删除，减少 CPU 负担。 ❌ 缺点 ：如果某些键 一直不被访问 ，它们可能 不会被删除 ，从而 占用内存 。

（3）定期删除 + 惰性删除（默认策略）

Redis 默认使用 定期删除 + 惰性删除 ，既能避免频繁扫描，也能确保访问时自动删除过期键。

4.2Redis内存淘汰策略

如果 Redis 占满了可用内存 ，就需要删除一些数据来释放空间。Redis 提供了 6 种内存淘汰策略 ：

策略名称说明适用场景
noeviction（默认）不删除任何数据，直接报错（写入失败）适合 持久化数据 ，不希望丢失
allkeys-lru删除 最久未使用 的键（全局 LRU）适用于 缓存 ，需要高命中率
volatile-lru删除 设置了过期时间 的最久未使用键适用于 缓存+持久化 混合场景
allkeys-random随机删除 任何键适用于 无固定热点 的场景
volatile-random只随机删除 有过期时间 的键适用于 部分数据需要持久化
volatile-ttl优先删除 过期时间最短 的键适用于 定期更新数据 的场景

5.Redis的分布式锁

Redis 的分布式锁是一种 基于 Redis 实现的分布式并发控制机制 ，用于保证多个进程或线程在分布式环境下对共享资源的 互斥访问 。

5.1 为什么需要分布式锁？

在 分布式系统 中，多个应用可能会 同时 操作同一个资源（如库存、订单等），导致数据 不一致 ，这时就需要 分布式锁 来保证 同一时间 只有一个进程能执行操作。

示例问题

  • 秒杀系统 ：多个用户同时抢购，导致库存超卖。
  • 订单支付 ：用户 A 和 B 同时支付同一笔订单，可能出现 重复扣款 。
  • 任务调度 ：多个服务器执行同一任务，可能导致任务被执行 多次 。

5.2 Redis 分布式锁的基本实现

使用 SETNX （SET if Not Exists） 命令创建锁：

SETNX mylock "locked"

锁的基本实现

public boolean tryLock(String lockKey, String requestId, int expireTime) {
    String result = jedis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", expireTime);
    return "OK".equals(result);
}

✅ 解释 ：

  • lockKey ：锁的 key（比如 "order_lock" ）。
  • requestId ：每个锁 唯一 的 ID，保证同一客户端能释放自己的锁。
  • "NX" ：只在 key 不存在 时才设置（保证互斥性）。
  • "PX expireTime" ：自动 过期时间 （避免死锁）。
  • "OK".equals(result) ：返回 "OK" 表示加锁成功。

🔴 问题 ：

  1. 锁可能无法释放 ：如果服务崩溃，锁不会自动释放，导致死锁。
  2. 误删其他线程的锁 ：如果锁过期后被其他线程重新加锁，当前线程仍然认为自己持有锁，会误删别人的锁。

5.3分布式锁的优化

（1）设置锁的自动过期时间

防止 死锁 ：

SET order_lock "locked" NX PX 10000

NX表示key不存在时才创建，保证互斥性

PX 10000 → 10 秒后自动释放锁

（2）使用 Redisson 实现分布式锁

是 Redis 官方推荐的 Java 客户端，提供了 高效 的分布式锁实现：

RLock lock = redissonClient.getLock("order_lock");
try {
    lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);
    // 执行业务逻辑
} finally {
    lock.unlock();//释放锁
}

Redisson 优势 ：

自动续期（Watchdog 机制）：如果持有锁的线程还在执行，Redisson 会自动延长锁的过期时间。 避免误删锁：保证释放的是自己的锁。

Redis 分布式锁核心要点 ：

  1. 使用 SETNX + PX 设定锁的过期时间 ，避免死锁。
  2. 删除锁时使用 Lua 脚本 ，保证 原子性 。
  3. 使用 Redisson 进行优化 ，提供自动续期，避免误删锁。
  4. 适用于高并发场景 （如秒杀、库存扣减），但可靠性不如 Zookeeper。

Redis 分布式锁虽然 高效 ，但并非绝对可靠，建议使用 Redisson 或 Zookeeper 进行优化！ 🚀

更新于 2025-03-14
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