【第三章：服务端通用工具】第16节：缓存技术 - Redis解析

大家好，很高兴我们可以继续学习交流Java高频面试题。从本小节开始，我们进入了第三个章节，主要介绍服务端的通用工具，即redis和kafka相关知识点。在我们的日常开发中，经常会需要使用缓存和消息队列。缓存的使用可以减少网络请求或者查询数据库的次数，有效提高访问速度。消息队列的使用可以实现生产者和消费者的解耦，实现异步通信过载保护等功能。

在当今的招聘需求中，即使是校园招聘也对缓存和消息队列有一定的考察要求，不要求大家有多好多深的掌握，但是基本的概念与原理还是需要了解的。可以说，缓存和消息队列的了解与熟悉，对于我们的面试来说是一个极大的加分项。

本小节就业界使用比较广的redis缓存技术进行一个简单的交流与学习，主要是针对面试中常见的redis知识点来展开交流，旨在让大家对redis的基本概念与原理有一定的了解与掌握。

（1）redis有了解吗？

答：redis（Remote Dictionary Server远程字典服务），是一款高性能的(key/value)分布式内存数据库，基于内存运行并支持持久化的NoSQL数据库。因为数据都在内存中，所以运行速度快。redis支持丰富的数据类型并且支持事务，事务中的所有命令会被序列化、按顺序执行，在执行的过程中不会被其他客户端发送来的命令打断。

解析：

这是对redis考察的一个试探性提问，应聘者可以根据自己的理解与掌握，先从整体上对redis进行一个阐述。针对redis基础知识的考察，面试官还可以选择继续追问如下的常见知识点。

redis相比memcached有哪些优势？(掌握)

• memcached所有的值均是简单的字符串，redis作为其替代者，支持更为丰富的数据类型。
• redis的速度比memcached快很多，并且redis支持数据的持久化。
• redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。
• 使用底层模型不同，它们之间底层实现方式 以及与客户端之间通信的应用协议不一样。redis自己构建了VM 管理机制。
• value大小不同，redis最大可以达到512MB，而memcache只有1MB。

面试官：“redis都支持哪些数据类型？应用场景有哪些？”（掌握）

redis支持五种数据类型作为其Value，redis的Key都是字符串类型的。

• string：redis 中字符串 value 最大可为512M。可以用来做一些计数功能的缓存（也是实际工作中最常见的）。
• list：简单的字符串列表，按照插入顺序排序，可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边），其底层实现是一个链表。可以实现一个简单消息队列功能，做基于redis的分页功能等。
• set：是一个字符串类型的无序集合。可以用来进行全局去重等。
• sorted set：是一个字符串类型的有序集合，给每一个元素一个固定的分数score来保持顺序。可以用来做排行榜应用或者进行范围查找等。
• hash：键值对集合，是一个字符串类型的 Key和 Value 的映射表，也就是说其存储的Value是一个键值对（Key- Value）。可以用来存放一些具有特定结构的信息。

其实redis还支持三种特殊的数据类型，分别为BitMap、Geo和HyperLogLog，感兴趣的同学可以自行学习。

一般情况下，可以认为redis的支持的数据类型有上述五种，其底层数据结构包括：简单动态字符串，链表，字典，跳表，整数集合以及压缩列表。

面试官：“redis的配置文件有了解吗？”

下载并且解压redis之后，在解压目录下有个配置文件 redis.windows.conf（大家可以自行查阅），在配置文件中对redis进行了分模块配置，常用的模块如下：

• NETWORK：该模块可以配置一些redis服务器地址，端口以及超时时间等
• GENERAL：该模块可以对日志文件的路径和日志级别等进行配置
• SNAPSHOTTING：redis持久化配置信息等
• REPLICATION：redis集群配置等信息
• MEMORY MANAGEMENT：内存管理，包括数据过期删除策略信息的设置
• APPEND ONLY MODE：日志持久化方式信息设置

（2）redis是单线程的吗？为什么执行速度这么快？（重点掌握）

答： redis是单线程的，redis的单线程是指网络请求模块使用了一个线程，所以不需考虑并发安全性。但是对于需要依赖多个操作的复合操作来说，还是需要锁的，而且有可能是分布式锁。

那么单线程的redis为什么执行速度如此之快？

• 基于内存实现，完全内存计算
• 单线程操作，避免了线程上下文切换操作
• 多路I/O复用的线程模型，实现了一个线程监控多个IO流，及时响应请求
• redis对外部的依赖比较少，属于轻量级内存数据库

解析：

redis的线程模型多路I/O复用机制是一个比较重要并且常见的考察点。目前支持I/O多路复用的系统调用有select，pselect，poll，epoll等函数。I/O多路复用就是通过一种机制一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符读就绪或者写就绪，其能够通知应用程序进行相应的读写操作。

多路I/O复用机制与多进程和多线程技术相比系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。

关于常见函数的特点如下所示：

• select函数：
  • 会修改传入的参数数组，这个对于一个需要调用很多次的函数，是非常不友好的。
  • 有最大监听连接数1024个的限制
  • 如果任何一个sock(I/O stream)出现了数据，select没有返回具体是哪个返回了数据，需要采用轮询的方式去遍历获取
  • 线程不安全（当你在一个线程中已经监听该socket，另一个线程想要将该socket关闭，则结果会不可预知）
  • “If a file descriptor being monitored by select() is closed in another thread, the result is unspecified”
• poll函数：
  • 去掉了1024的限制（使用链表搞定）
  • 不再修改传入的参数数组
  • 依然是线程不安全的
• epoll函数：
  • epoll 不仅返回socket组里面数据，还可以确定 具体哪个socket有数据
  • 线程安全

题目总结：

限于篇幅，在这个题目中，我们仅仅是简单对线程模型多路I/O复用机制做了一个阐述与介绍，有能力的同学可以继续研究其具体实现机制，这个题目是面试中的一个很好的加分项（如果大家可以阐述清楚）

（3）使用redis可能出现的问题：

答： 在这里我们主要介绍Redis可能出现的四个问题，如下所示：

缓存雪崩：

举例：缓存同一时间大面积的失效，这个时候又来的一波请求都到数据库上，导致数据库连接异常。