redis
1.redis含义
redis是一个开源的使用ANSI C编写、遵循BSD协议（允许使用者二次开发）、支持网络、可基于内存亦可基于持久化的日志型、Key-Value、提供多种语言的API的非关系型数据库。
1.1 优点
1.1.1 读写性能优异， Redis能读的速度是110000次/s，写的速度是81000次/s。
1.1.2 支持数据持久化，支持AOF和RDB两种持久化方式。
1.1.3 支持事务，Redis的所有操作都是原子性的，同时Redis还支持对几个操作合并后的原子性执行。
1.1.4 数据结构丰富，除了支持string类型的value外还支持hash、set、zset、list等数据结构。
1.1.5 支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离。
1.2 缺点
1.2.1 数据库容量受到物理内存的限制，不能用作海量数据的高性能读写，因此Redis适合的场景主要局限在较小数据量的高性能操作和运算上。
1.2.2 Redis 不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复。
1.2.3 主机宕机，宕机前有部分数据未能及时同步到从机，切换IP后还会引入数据不一致的问题，降低了系统的可用性。
1.2.4 Redis 较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。为避免这一问题，运维人员在系统上线时必须确保有足够的空间，这对资源造成了很大的浪费。
2.redis支持的数据类型
2.1 String（字符串）
string类型是Redis最基本的数据类型，一个键最大能存储512MB。
string类型是二进制安全的。意思是redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象 。
2.2 List（列表）
List是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。
2.3 Set（集合）
Set是string类型的无序集合。
2.4 Hash（哈希）
hash是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象。
2.5 zSet（sorted set：有序集合）
zset 和 set 一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员。
不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。
zset的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。
3.redis的持久化
持久化是指将内存中的数据写入磁盘中，防止服务器宕机导致数据丢失。
redis提供两种持久化方式：RDB(默认)和AOF。
3.1 RDB
rdb是Redis DataBase缩写
功能核心函数rdbSave(生成RDB文件)和rdbLoad（从文件加载内存）两个函数
3.2 AOF
AOF是Append-only file缩写
每当执行服务器(定时)任务或者函数时flushAppendOnlyFile 函数都会被调用， 这个函数执行以下两个工作
aof写入保存：
WRITE：根据条件，将 缓存写入到 AOF 文件
SAVE：根据条件，调用 fsync 或 fdatasync 函数，将 AOF 文件保存到磁盘中
比较：
1、AOF文件比RDB更新频率高，优先使用aof还原数据。
2、AOF比RDB更安全也更大
3、RDB性能比AOF好
4、如果两个都配了优先加载AOF
4.redis通讯协议
RESP 是redis客户端和服务端之前使用的一种通讯协议；
RESP 的特点：实现简单、快速解析、可读性好。
5.redis的构架模式
5.1 单机版
5.2 主从复制
主服务器就会一直将发生在自己身上的数据更新同步 给从服务器，从而一直保证主从服务器的数据相同。
缺点：
1、无法保证高可用
2、没有解决 master 写的压力
5.3 哨兵
Redis sentinel 是一个分布式系统中监控 redis 主从服务器，并在主服务器下线时自动进行故障转移。其中三个特性：
监控（Monitoring）： Sentinel 会不断地检查你的主服务器和从服务器是否运作正常。
提醒（Notification）： 当被监控的某个 Redis 服务器出现问题时， Sentinel 可以通过 API 向管理员或者其他应用程序发送通知。
自动故障迁移（Automatic failover）： 当一个主服务器不能正常工作时， Sentinel 会开始一次自动故障迁移操作。
配置中心：如果故障转移发生了，通知 client 客户端新的 master 地址。
特点：
1、保证高可用
2、监控各个节点
3、自动故障迁移
缺点：
1、主从模式，切换需要时间丢数据
2、没有解决 master 写的压力
5.4 proxy集群
Twemproxy 是一个 Twitter 开源的一个 redis 和 memcache 快速/轻量级代理服务器； Twemproxy 是一个快速的单线程代理程序，支持 Memcached ASCII 协议和 redis 协议。
特点：
1、多种 hash 算法：MD5、CRC16、CRC32、CRC32a、hsieh、murmur、Jenkins
2、支持失败节点自动删除
3、后端 Sharding 分片逻辑对业务透明，业务方的读写方式和操作单个 Redis 一致
缺点：
1、增加了新的 proxy，需要维护其高可用。
2、failover 逻辑需要自己实现，其本身不能支持故障的自动转移可扩展性差，进行扩缩容都需要手动干预
5.5 直连型集群
从redis 3.0之后版本支持redis-cluster集群，Redis-Cluster采用无中心结构，每个节点保存数据和整个集群状态,每个节点都和其他所有节点连接。
特点：
1、无中心架构（不存在哪个节点影响性能瓶颈），少了 proxy 层。
2、数据按照 slot 存储分布在多个节点，节点间数据共享，可动态调整数据分布。
3、可扩展性，可线性扩展到 1000 个节点，节点可动态添加或删除。
4、高可用性，部分节点不可用时，集群仍可用。通过增加 Slave 做备份数据副本
5、实现故障自动 failover，节点之间通过 gossip 协议交换状态信息，用投票机制完成 Slave到 Master 的角色提升。
缺点：
1、资源隔离性较差，容易出现相互影响的情况
2、数据通过异步复制,不保证数据的强一致性
6.redis常用命令
6.1 Set
设置 key 对应的值为 string 类型的 value。
6.2 setnx
设置 key 对应的值为 string 类型的 value。如果 key 已经存在，返回 0，nx 是 not exist 的意思。
删除某个key
第一次返回1 删除了 第二次返回0
6.3 Expire 设置过期时间（单位秒）
6.4 TTL查看剩下多少时间
返回负数则key失效，key不存在了
6.5 Setex
设置 key 对应的值为 string 类型的 value，并指定此键值对应的有效期。
6.6 Mset
一次设置多个 key 的值，成功返回 ok 表示所有的值都设置了，失败返回 0 表示没有任何值被设置。
6.7 Getset
设置 key 的值，并返回 key 的旧值。
6.8 Mget
一次获取多个 key 的值，如果对应 key 不存在，则对应返回 nil。
6.9 Incr
对 key 的值做加加操作,并返回新的值。注意 incr 一个不是 int 的 value 会返回错误，incr 一个不存在的 key，则设置 key 为 1
6.10 incrby
同 incr 类似，加指定值 ，key 不存在时候会设置 key，并认为原来的 value 是 0
6.11 Decr
对 key 的值做的是减减操作，decr 一个不存在 key，则设置 key 为-1
6.12 Decrby
同 decr，减指定值。
6.13 Append
给指定 key 的字符串值追加 value,返回新字符串值的长度。
6.14 Strlen
取指定 key 的 value 值的长度。
6.15 persist xxx(取消过期时间)
6.16 Select 0 //选择数据库
6.17 move age 1//把age 移动到1库
6.18 Randomkey随机返回一个key
6.19 Rename重命名
6.20 Type 返回数据类型
7.redis实现分布式锁
先拿setnx来争抢锁，抢到之后，再用expire给锁加一个过期时间防止锁忘记了释放。
8.redis实现异步队列
一般使用list结构作为队列，rpush生产消息，lpop消费消息。当lpop没有消息的时候，要适当sleep一会再重试。
缺点：
在消费者下线的情况下，生产的消息会丢失，得使用专业的消息队列如rabbitmq等。
9.缓存穿透、缓存雪崩
9.1 缓存穿透
一般的缓存系统，都是按照key去缓存查询，如果不存在对应的value，就应该去后端系统查找（比如DB）。一些恶意的请求会故意查询不存在的key,请求量很大，就会对后端系统造成很大的压力。这就叫做缓存穿透。
如何避免？
1：对查询结果为空的情况也进行缓存，缓存时间设置短一点，或者该key对应的数据insert了之后清理缓存。
2：对一定不存在的key进行过滤。可以把所有的可能存在的key放到一个大的Bitmap中，查询时通过该bitmap过滤。
9.2 缓存雪崩
当缓存服务器重启或者大量缓存集中在某一个时间段失效，这样在失效的时候，会给后端系统带来很大压力。导致系统崩溃。
如何避免？
1：在缓存失效后，通过加锁或者队列来控制读数据库写缓存的线程数量。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存，其他线程等待。
2：做二级缓存，A1为原始缓存，A2为拷贝缓存，A1失效时，可以访问A2，A1缓存失效时间设置为短期，A2设置为长期
3：不同的key，设置不同的过期时间，让缓存失效的时间点尽量均匀。
10 Redis为什么这么快
1、完全基于内存，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速。数据存在内存中，类似于 HashMap，HashMap 的优势就是查找和操作的时间复杂度都是0/1；
2、数据结构简单，对数据操作也简单，Redis 中的数据结构是专门进行设计的；
3、采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗；
4、使用多路 I/O 复用模型，非阻塞 IO；
5、Redis 直接自己构建了 VM 机制 ，因为一般的系统调用系统函数的话，会浪费一定的时间去移动和请求。
11 Redis持久化数据和缓存怎么做扩容？
如果Redis被当做缓存使用，使用一致性哈希实现动态扩容缩容。
如果Redis被当做一个持久化存储使用，必须使用固定的keys-to-nodes映射关系，节点的数量一旦确定不能变化。否则的话(即Redis节点需要动态变化的情况），必须使用可以在运行时进行数据再平衡的一套系统，而当前只有Redis集群可以做到这样。
12 Redis的过期键的删除策略
过期策略通常有以下三种：
12.1 定时过期：
每个设置过期时间的key都需要创建一个定时器，到过期时间就会立即清除。该策略可以立即清除过期的数据，对内存很友好；但是会占用大量的CPU资源去处理过期的数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量。
12.2 惰性过期：
只有当访问一个key时，才会判断该key是否已过期，过期则清除。该策略可以最大化地节省CPU资源，却对内存非常不友好。极端情况可能出现大量的过期key没有再次被访问，从而不会被清除，占用大量内存。
12.3 定期过期：
每隔一定的时间，会扫描一定数量的数据库的expires字典中一定数量的key，并清除其中已过期的key。该策略是前两者的一个折中方案。通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到最优的平衡效果。
(expires字典会保存所有设置了过期时间的key的过期时间数据，其中，key是指向键空间中的某个键的指针，value是该键的毫秒精度的UNIX时间戳表示的过期时间。键空间是指该Redis集群中保存的所有键。)
Redis中同时使用了惰性过期和定期过期两种过期策略。
13.Redis事务的概念
Redis 事务的本质是通过MULTI、EXEC、WATCH等一组命令的集合。事务支持一次执行多个命令，一个事务中所有命令都会被序列化。在事务执行过程，会按照顺序串行化执行队列中的命令，其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。
Redis 是单进程程序，并且它保证在执行事务时，不会对事务进行中断，事务可以运行直到执行完所有事务队列中的命令为止。因此，Redis 的事务是总是带有隔离性的。
Redis中，单条命令是原子性执行的，但事务不保证原子性，且没有回滚。事务中任意命令执行失败，其余的命令仍会被执行。
总结说：redis事务就是一次性、顺序性、排他性的执行一个队列中的一系列命令。
