小编点评

# Redis 数据结构介绍 ### 1.字符串 (String) * 最基本的数据类型，可以存储任何形式的数据。 * 存储方式：哈希。 ### 2.列表 (List) * ⼀个有序列表类型，可以存储多个元素。 * 存储方式：哈希。 ### 3.哈希 (Hash) * ⼀种键值对类型，可以存储多个键值对。 * 存储方式：哈希。 ### 4.有序集合 (Sorted Set) * ⼀种有序集合类型，可以存储多个元素，每个元素都有⼀个分值。 * 存储方式：哈希。 ### 5.布隆过滤器 (Bloom Filter) * ⼀种无序集合类型，可以存储多个元素，每个元素都是唯⼀的。 * 存储方式：哈希。 ### 6.布隆过滤器 (Bloom Filter) 问题 * 缓存击穿问题，当多个线程竞争获取缓存key时，会导致缓存数据被覆盖。 * 解决方案：设置缓存key的过期时间。 ### 7.互斥锁 (Lock) * 锁机制，用来解决缓存击穿问题。 * 优点：互斥性。 * 缺点：可能阻塞性能。 ### 8.逻辑过期 (Logical Exp) * 当缓存数据已过时时，会从缓存中取出数据。 * 优点：缓存命中率更高。 * 缺点：缓存构建性能可能降低。

正文

1. 什么是redis，redis有哪些特点

Redis 是基于内存的键值型（key - value）的 NoSQL 数据库（⾮关系型数据库）。key ⼀般是 String 类型，⽽ value ⽀持丰富的数据类型，包括String、Hash、List、Set、SortedSet 这五种基本类型，此外还有 GEO、BitMap、HyperLogLog 等其他类型。

Redis的特点包括：

• 读写性能优异
  • 基于内存，内存的访问速度是⽐磁盘快很多的
  • 采⽤单线程模型，不存在多线程的上下⽂切换，不需要考虑锁的问题
  • 使⽤ IO 多路复⽤模型，让 Redis 不需要创建额外的线程来监听客户端的⼤量请求，减少性能的消耗
  • 内置了多种优化过的数据结构实现，Redis ⽀持多种数据结构，包括字符串、哈希、列表、集合、有序集合等。
• 支持事务
  • 允许多个命令按顺序执⾏并不会被打断
  • 不⽀持回滚
• 持久化：Redis ⽀持多种持久化⽅式，包括 RDB 快照和 AOF ⽇志。
  • RDB：通过创建快照来获得存储在内存⾥⾯的数据在某个时间点上的副本
  • AOF：执⾏完更改数据的命令后，会将该命令记录到⽇志中
• 分布式：Redis ⽀持分布式部署，可以将数据分布在多个节点上。
• 所有操作命令都是原⼦性。

2. redis 有哪些常⻅的应⽤场景？

• 数据缓存
  • 将热点数据缓存到 Redis，提⾼数据读取和系统响应速度。
  • 将⽤户凭证（如 token）存⼊ Redis，实现单点登录。
• 限时业务的运⽤
  • Redis 中可以使⽤ expire 命令设置⼀个键的⽣存时间，到时间后 Redis 会删除它。利⽤这⼀特性可以运⽤在限时的优惠活动信息、⼿机验证码等业务场景。
• 全局唯⼀ IDr
  • Redis 由于 incrby 命令可以实现原⼦性的递增，所以可以⽤于唯⼀分布式序列号的⽣成。
• 消息队列
  • 基于 List 实现：利⽤ LPUSH 和 RPOP；
  • 基于 PUB/SUB 实现；
  • 基于 Stream 实现。
• 共同关注
  • 由于 Set ⽀持交集、并集、差集等功能，可以实现共同关注、共同爱好等功能。
• 排⾏榜
  • 由于 SortedSet 是⽀持排序的，可以⽤于各种排⾏榜的场景。
• 统计活跃⽤户
  • 利⽤ BitMap，以⽇期为 key，⽤户 ID 为 offset，当⽇活跃过就设置为 1。
• ⻚⾯统计 UV
  • 将访问指定⻚⾯的每个⽤户 ID 添加到 HyperLogLog 中，调⽤ PFCOUNT 获取。

3. redis的持久化机制

Redis 的持久化机制主要有两种：RDB（Redis Database）和 AOF（Append Only File）。

1.RDB 持久化

RDB 持久化机制是指将 Redis 在内存中的数据以快照的形式写⼊磁盘中，可以⼿动或⾃动执⾏快照操作，将数据集的状态保存到⼀个 RDB ⽂件中。

• RDB 机制的优点在于：
  • RDB 机制适合在数据集⽐较⼤时进⾏备份操作，因为它可以⽣成⼀个⾮常紧凑、经过压缩的数据⽂件，对于备份、恢复、迁移数据都很⽅便。（RDB 机制在 Redis 重启时⽐ AOF 机制更快地将 Redis 恢复到内存中。）
• RDB 机制的缺点在于：
  • RDB 机制可能会出现数据丢失，因为数据是周期性地进⾏备份，⼀旦 Redis 出现问题并且上⼀次备份之后还没有进⾏过数据变更，那么这部分数据将会丢失。
  • RDB 机制会造成⼀定的 IO 压⼒，当数据集⽐较⼤时，进⾏备份操作可能会阻塞 Redis 服务器进程。

应用场景：RDB 适合⽤于数据集⽐较⼤，数据恢复速度⽐较快的场景，例如备份、灾难恢复等；

2.AOF 持久化机制

AOF 持久化机制是指将 Redis 在内存中的操作命令以追加的形式写⼊到磁盘中的 AOF ⽂
件，AOF ⽂件记录了 Redis 在内存中的操作过程，只要在 Redis 重启后重新执⾏ AOF ⽂件中
的操作命令即可将数据恢复到内存中。

• AOF 机制的优点在于：
  • AOF 机制⽐ RDB 机制更加可靠，因为 AOF ⽂件记录了 Redis 执⾏的所有操作命令，可以确保数据不丢失。
  • AOF 机制在恢复⼤数据集时更加稳健，因为 AOF ⽂件记录了数据的操作过程，可以确保每⼀次操作都被正确地执⾏。
• AOF 机制的缺点在于：
  • AOF 机制⽣成的 AOF ⽂件⽐ RDB ⽂件更⼤，当数据集⽐较⼤时，AOF ⽂件会⽐ RDB⽂件占⽤更多的磁盘空间。
  • AOF 机制对于数据恢复的时间⽐ RDB 机制更加耗时，因为要重新执⾏ AOF ⽂件中的所有操作命令。

应用场景：AOF 适合⽤于数据集⽐较⼩，数据完整性⽐较重要的场景，例如⾦融、电商等⾏业。

3.RDB + AOF 混合使⽤

除了 RDB 和 AOF 外，Redis 还⽀持混合持久化机制，即同时使⽤ RDB 和 AOF 两种持久化机制，以此来发挥它们的优点。

在混合持久化机制中，使⽤ AOF 持久化机制保存每次写操作，使⽤ RDB 持久化机制保存指定时间点的数据快照，以此来达到数据恢复速度和数据完整性的平衡。
应⽤场景：

• RDB 适合⽤于数据集⽐较⼤，数据恢复速度⽐较快的场景，例如备份、灾难恢复等；
• AOF 适合⽤于数据集⽐较⼩，数据完整性⽐较重要的场景，例如⾦融、电商等⾏业。

4. redis的数据结构

1. String（字符串）：Redis 中最基本的数据类型，可以存储任何形式的数据，例如整数、浮点数、⼆进制数据等。
2. Hash（哈希）：Redis 中的⼀种键值对类型，可以存储多个键值对，每个键值对⼜是⼀个键值对结构。
3. List（列表）：Redis 中的⼀个有序列表类型，可以存储多个元素，每个元素都有⼀个索引，⽀持多种列表操作，例如插⼊、删除、查找等。
4. Set（集合）：Redis 中的⼀种⽆序集合类型，可以存储多个元素，每个元素都是唯⼀的，⽀持多种集合操作，例如交集、并集、差集等。
5. Sorted Set（有序集合）：Redis 中的⼀种有序集合类型，可以存储多个元素，每个元素都有⼀个分值，⽀持根据分值进⾏排序和查询等操作。
   Redis 的基础数据结构有三种：字符串、列表和哈希，其他的数据类型都是基于这三种数据结构进⾏扩展和衍⽣的。例如，Redis 的 Set 数据类型就是基于字符串实现的。

除了基础数据结构之外，Redis 还提供了多种⾼级数据结构，例如：

6. HyperLogLog：⼀种基数估计算法，⽤于估计⼀个数据集合的基数。
7. GeoHash：⼀种地理位置编码算法，可以对地理位置信息进⾏编码和查询。
8. Pub/Sub：⼀种消息队列机制，可以实现消息的订阅和发布。
9. Bitmaps：⼀种位图数据结构，可以进⾏⾼效的位运算，⽤于统计⽤户在线时⻓、⽹站访
   问量等。
10. Lua 脚本：Redis 中可以使⽤ Lua 脚本进⾏扩展和定制，可以实现⼀些复杂的业务逻辑和算法

5. redis缓存更新策略

缓存更新是redis为了节约内存而设计出来的一个东西，主要是因为内存数据宝贵，当我们向redis插入太多数据，此时就可能会导致缓存中的数据过多，所以redis会对部分数据进行更新，或者把他叫为淘汰更合适。

内存淘汰： redis自动进行，当redis内存达到咱们设定的max-memery的时候，会自动触发淘汰机制，淘汰掉一些不重要的数据(可以自己设置策略方式)

超时剔除： 当我们给redis设置了过期时间ttl之后，redis会将超时的数据进行删除，方便咱们继续使用缓存

主动更新： 我们可以手动调用方法把缓存删掉，通常用于解决缓存和数据库不一致问题

先操作缓存还是先操作数据库？

• 先删除缓存，再操作数据库
• 先操作数据库，再删除缓存
  

6. redis 使用过程中遇到的问题

缓存穿透

缓存穿透 ：缓存穿透是指客户端请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，这样缓存永远不会生效，这些请求都会打到数据库。

常见的解决方案有两种：

• 缓存空对象
  • 优点：实现简单，维护方便
  • 缺点：
    • 额外的内存消耗
    • 可能造成短期的不一致
• 布隆过滤
  • 优点：内存占用较少，没有多余key
  • 缺点：
    • 实现复杂
    • 存在误判可能

缓存空对象思路分析： 当我们客户端访问不存在的数据时，先请求redis，但是此时redis中没有数据，此时会访问到数据库，但是数据库中也没有数据，这个数据穿透了缓存，直击数据库，我们都知道数据库能够承载的并发不如redis这么高，如果大量的请求同时过来访问这种不存在的数据，这些请求就都会访问到数据库，简单的解决方案就是哪怕这个数据在数据库中也不存在，我们也把这个数据存入到redis中去，这样，下次用户过来访问这个不存在的数据，那么在redis中也能找到这个数据就不会进入到缓存了

布隆过滤： 布隆过滤器其实采用的是哈希思想来解决这个问题，通过一个庞大的二进制数组，走哈希思想去判断当前这个要查询的这个数据是否存在，如果布隆过滤器判断存在，则放行，这个请求会去访问redis，哪怕此时redis中的数据过期了，但是数据库中一定存在这个数据，在数据库中查询出来这个数据后，再将其放入到redis中，假设布隆过滤器判断这个数据不存在，则直接返回

这种方式优点在于节约内存空间，存在误判，误判原因在于：布隆过滤器走的是哈希思想，只要哈希思想，就可能存在哈希冲突

缓存雪崩

缓存雪崩是指在同一时段大量的缓存key同时失效或者Redis服务宕机，导致大量请求到达数据库，带来巨大压力。

解决方案：

• 给不同的Key的TTL添加随机值
• 利用Redis集群提高服务的可用性
• 给缓存业务添加降级限流策略
• 给业务添加多级缓存

缓存击穿

缓存击穿问题也叫热点Key问题，就是一个被高并发访问并且缓存重建业务较复杂的key突然失效了，无数的请求访问会在瞬间给数据库带来巨大的冲击。

常见的解决方案有两种：

• 互斥锁
• 逻辑过期

解决方案一、使用锁来解决：

因为锁能实现互斥性。假设线程过来，只能一个人一个人的来访问数据库，从而避免对于数据库访问压力过大，但这也会影响查询的性能，因为此时会让查询的性能从并行变成了串行，我们可以采用tryLock方法 + double check来解决这样的问题。

假设现在线程1过来访问，他查询缓存没有命中，但是此时他获得到了锁的资源，那么线程1就会一个人去执行逻辑，假设现在线程2过来，线程2在执行过程中，并没有获得到锁，那么线程2就可以进行到休眠，直到线程1把锁释放后，线程2获得到锁，然后再来执行逻辑，此时就能够从缓存中拿到数据了。

解决方案二、逻辑过期方案

方案分析：我们之所以会出现这个缓存击穿问题，主要原因是在于我们对key设置了过期时间，假设我们不设置过期时间，其实就不会有缓存击穿的问题，但是不设置过期时间，这样数据不就一直占用我们内存了吗，我们可以采用逻辑过期方案。

我们把过期时间设置在 redis的value中，注意：这个过期时间并不会直接作用于redis，而是我们后续通过逻辑去处理。假设线程1去查询缓存，然后从value中判断出来当前的数据已经过期了，此时线程1去获得互斥锁，那么其他线程会进行阻塞，获得了锁的线程他会开启一个 线程去进行 以前的重构数据的逻辑，直到新开的线程完成这个逻辑后，才释放锁， 而线程1直接进行返回，假设现在线程3过来访问，由于线程线程2持有着锁，所以线程3无法获得锁，线程3也直接返回数据，只有等到新开的线程2把重建数据构建完后，其他线程才能走返回正确的数据。

这种方案巧妙在于，异步的构建缓存，缺点在于在构建完缓存之前，返回的都是脏数据。

互斥锁方案： 由于保证了互斥性，所以数据一致，且实现简单，因为仅仅只需要加一把锁而已，也没其他的事情需要操心，所以没有额外的内存消耗，缺点在于有锁就有死锁问题的发生，且只能串行执行性能肯定受到影响

逻辑过期方案： 线程读取过程中不需要等待，性能好，有一个额外的线程持有锁去进行重构数据，但是在重构数据完成前，其他的线程只能返回之前的数据，且实现起来麻烦