Redis八股文（一）
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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，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。
2.Redis和Memcached有什么区别？
1）Redis支持的数据类型多，比如：string、list、set、zset、hash等；Memcached只支持最简单的key-value数据类型。
2）Redis支持数据持久化，Memcached不支持持久化。
3）Redis支持发布订阅模型、lua脚本、事务等，Memcached不支持。
4）Redis原生支持集群模式，Memcached没有原生集群模式，需要靠客户端实现往集群中分片写入数据。
3.为什么Redis作为MySQL的缓存？
1）Redis具备高性能：用户第一次访问的MySQL数据会缓存在Redis中，下次访问时直接访问缓存。
2）Redis具备高并发：单台设备的Redis的QPS（Query Per Second，每秒钟处理完请求的次数）是MySQL的10倍，直接访问Redis能够承受的请求远大于MySQL。
4.Redis数据类型及其使用场景分别是什么？
常见的有五种数据类型：String（字符串），Hash（哈希），List（列表），Set（集合）、Zset（有序集合），随着 Redis 版本的更新，后面又支持了四种数据类型： BitMap（2.2 版新增）、HyperLogLog（2.8 版新增）、GEO（3.2 版新增）、Stream（5.0 版新增）
| 数据类型 | 应用场景 |
| string | 缓存对象、分布式锁等 |
| list | 消息队列（生产者需自行实现全局消息唯一ID，不能以消费组形式消费数据）等 |
| hash | 购物车、缓存对象等 |
| set | 点赞、共同关注等 |
| zset | 排行榜、电话等 |
| bitmap | 签到、用户登录状态等 |
| hyperloglog | 百万级网页UV计数等 |
| GEO | 存储地理位置信息的场景，滴滴叫车等 |
| stream | 消息队列（自动生成全局唯一消息ID，支持以消费组形式消费数据） |
5.五种常见数据类型是怎么实现的？
Tips：SDS（简单动态字符串）。SDS相比C语言的原生字符串：
SDS不仅可以保存文本数据，还可以保存二进制数据，SDS使用len属性的值而不是以空字符串判断字符串结束；
SDS使用len记录了字符串长度，获取字符串长度的时间复杂度是O(1)，而C语言需要O(n)；
Redis的SDS API是安全的，拼接字符串不会发生缓冲区溢出，因为底层会自动扩容。
6.Redis是单线程吗？
Redis 单线程指的是「接收客户端请求->解析请求 ->进行数据读写等操作->发送数据给客户端」这个过程是由一个线程（主线程）来完成的，这也是我们常说 Redis 是单线程的原因。
但是，Redis不是单线程的，Redis启动的时候，会启动后台线程（BIO)：
Redis 2.6版本之前，会启动处理关闭文件、AOF刷盘两个线程；
Redis 4.0版本之后，新增了一个新的后台进程，用来异步释放Redis内存，也就是lazyfree线程。例如执行 unlink key / flushdb async / flushall async 等命令，会把这些删除操作交给后台线程来执行，好处是不会导致 Redis 主线程卡顿。
后台线程相当于一个消费者，生产者把耗时任务丢到任务队列中，消费者（BIO）不停轮询这个队列，拿出任务就去执行对应的方法即可。
- BIO_CLOSE_FILE，关闭文件任务队列：当队列有任务后，后台线程会调用 close(fd) ，将文件关闭；
- BIO_AOF_FSYNC，AOF刷盘任务队列：当 AOF 日志配置成 everysec 选项后，主线程会把 AOF 写日志操作封装成一个任务，也放到队列中。当发现队列有任务后，后台线程会调用 fsync(fd)，将 AOF 文件刷盘，
- BIO_LAZY_FREE，lazy free 任务队列：当队列有任务后，后台线程会 free(obj) 释放对象 / free(dict) 删除数据库所有对象 / free(skiplist) 释放跳表对象；
7.Redis单线程模式是怎样的？
Redis 6.0版本之前的单线程模式如下：
Redis初始化时，创建epoll对象，调用socket()、bind()、listen()创建服务端并监听，然后将监听socket加入到epoll()中，同时注册连接事件处理函数。
Redis初始化后，主线程进入事件循环，主要做以下事情：
1）首先调用处理发送队列的函数，判断发送队列是否有任务，如果有，就调用write函数将客户端缓存里的数据发送出去，如果没有发送完，就注册写事件处理函数，等待epoll_wait发现可写后处理。
2）接着调用epoll_wait等待事件到来；
i）连接事件到来，调用连接事件处理函数，调用accept获取已连接的socket -> 将socket加入到epoll中 -> 注册读事件处理函数；
ii）读事件到来，调用读事件处理函数，调用read处理客户端发来的数据 -> 解析命令 -> 处理命令 -> 将客户端对象添加到发送队列 -> 将执行结果写到发送缓存区等待发送；
iii）写事件到来，调用写事件处理函数，通过write将客户端缓存区的数据发送出去，如果没有发送完，则会注册写事件处理函数，等待epoll_wait发现可写后处理。
8.Redis采用单线程为什么还这么快？
1）大部分操作都在内存中完成；
2）单线程模式避免了多线程之间的竞争；
3）采用了I/O多路复用处理大量请求。
9.Redis 6.0之前为什么采用单线程？
单线程可维护性高，多线程会导致一系列问题，如增加系统复杂性、存在线程切换、加锁解锁、死锁造成的性能损耗。
10.Redis 6.0之后为什么采用多线程？
Redis的主要工作是网络I/O和执行命令，随着网络硬件性能的提升，Redis在网络I/O的处理上会出现性能瓶颈。为了提高网络I/O的并行度，所以对网络I/O采用多线程来处理。但是对于命令的执行，还是采用单线程。
默认情况下，I/O多线程用来处理写数据，不用来处理读数据。
Redis 6.0版本后，默认会额外启动6个线程：
- Redis-server ： Redis的主线程，主要负责执行命令；
- bio_close_file、bio_aof_fsync、bio_lazy_free：三个后台线程，分别异步处理关闭文件任务、AOF刷盘任务、释放内存任务；
- io_thd_1、io_thd_2、io_thd_3：三个 I/O 线程，io-threads 默认是 4 ，所以会启动 3（4-1）个 I/O 多线程，用来分担 Redis 网络 I/O 的压力
11.Redis如何持久化？
1）AOF日志：每执行一条写命令，就把该命令以追加的方式写入到一个文件中；
2）RDB快照：将某一时刻的内存数据，以二进制的方式写入磁盘；
3）混合持久化：AOF和RDB混合的方式。
12.AOF日志如何实现？
Redis在执行完一条写命令操作后，就将该命令以追加的方式写入一个文件中，Redis重启后，会先读取该文件里的命令，然后逐一执行，恢复数据。
13.AOF日志为什么先执行命令，再将该命令写入到文件中？
1）避免该命令的额外的检查开销：防止语法错误的命令写入到日志文件中，在恢复数据时会出错。
2）不会阻塞当前写操作的执行。
14.AOF的缺点？
1）数据可能会丢失：执行命令和将命令写入日志是两个过程，可能还没有将命令写入日志文件中，服务器就发生了宕机，写命令没有写入到文件中，造成数据丢失。
2）可能会阻塞其他操作：因为AOF日志是在主线程中执行的，所以当Redis把日志文件写入磁盘的时候，会阻塞后续的操作。
15.AOF的写回策略有哪些？
AOF写入日志的过程：
Always：每次写操作完成后，都将AOF日志数据写入到磁盘。
Everysec：每次写操作完成后，先将命令写入到AOF的内核缓存区，每隔一秒将缓存区的数据写到磁盘里。
No：不由Redis控制写回磁盘的时间。每次写操作完成后，先将命令写入到AOF的内核缓存区，由操作系统决定什么时候将数据写到磁盘。
16.AOF日志过大，会触发什么机制？
当AOF日志文件大小超过设定的阈值后，触发AOF重写机制，来压缩AOF文件。
AOF重写机制：读取当前数据库中的所有键值对，每个键值对都用一条命令记录到新的AOF文件中，全部键值对记录完成后，会用新的AOF文件替换掉现有的AOF文件。
17.重写AOF日志的过程是怎样的？
Redis的重写AOF的过程是由后台子进程bgrewriteaof完成的。
触发重写机制后，会创建子进程bgrewriteaof，该子进程会读取当前数据库中的所有键值对，每个键值对都用一条命令记录到新的AOF文件中。
在重写过程中，主进程可以正常处理命令。
Tips：
i）为什么是子进程来完成重写AOF日志，而不是子线程？
子进程重写AOF文件，避免阻塞主进程处理命令；
如果是子线程来处理重写AOF，子线程和主线程共享内存数据，当修改内存数据的时候需要加锁来保证数据安全，降低性能。而使用子进程，虽然父子进程共享内存数据，但是子进程对该共享区域的数据只能可读，当主进程对内存执行写操作时，会进行写时复制，于是父子进程各自拥有独立的数据副本，不需要加锁来保证数据安全。
ii）如果在重写过程中，主进程执行写命令更改一个已存在的key-value，会触发写时复制，那么该key-value在子进程和主进程中的内存数据不一致了，这时要怎么办？
为解决这种数据不一致问题，Redis设置了一个AOF重写缓冲区，在bgrewriteaof执行重写AOF的过程中，如果主进程进行了写操作，那么就会将写命令同时写入AOF缓冲区和AOF重写缓冲区。
当子进程完成重写工作后，会给主进程发送一个信号，主进程收到信号后，调用一个信号处理函数，该函数的作用是：将AOF重写缓存区中的内容追加到新的AOF文件中，保证数据一致性；新的AOF进行改名，覆盖现有的AOF文件。
18.RDB快照是如何实现的？
记录某一时刻的所有内存数据到RDB文件中，恢复数据时，将RDB文件中的数据写入到内存。
19.RDB做快照时会阻塞线程吗？
Redis提供save和bgsave来生成RDB文件。
save：在主线程中执行该命令，生成RDB文件，如果RDB文件太大，会阻塞主线程；
bgsave：会创建一个子进程来生成RDB，不会阻塞主进程。
20.为什么会有混合持久化？
RDB优点是恢复数据快，但是快照的频率太低会丢失大量数据，频率太高会影响性能；AOF文件优点是丢失数据少，但是恢复数据慢。为了集合两者的优点，所以有了混合持久化。
混合持久化的过程：
混合持久化工作在AOF日志重写的过程，当开启了混合持久化，重写AOF日志时，fork出来的子进程会先将与主进程共享的数据以RDB的方式写入到新的AOF文件中，然后主线程的操作命令会被记录到重写缓冲区中，重写缓冲区里的增量命令会以AOF方式写入到AOF文件中，写入完成后通知主进程将含有RDB格式和AOF格式的AOF文件替换旧的AOF文件。
使用了混合持久化，AOF文件里的前半部分是RDB格式的全量数据，后半部分是AOF格式的增量命令。
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