1. Redis 簡介

• 定義：Redis 是一個用 C 語言編寫的高性能非關系型（NoSQL）鍵值對數據庫。
• 數據類型：鍵的類型只能為字符串，值支持五種數據類型：字符串(String)、列表(List)、集合(Set)、散列表(Hash)、有序集合(Zset)。
• 存儲方式：數據存在內存中，讀寫速度快。
• 應用場景：緩存、分布式鎖、事務處理、持久化、LUA腳本執行、LRU驅動事件、多種集群方案。

2. Redis 優缺點

• 優點：
  • 讀寫快：基于內存操作和底層線程模型。
  • 數據持久化：支持 AOF 和 RDB 持久化機制。
  • 事務支持：Redis 操作是原子性的，支持合并后的原子性執行。
  • 豐富的數據結構：除了字符串外還支持 hash、set、zset、list 等。
  • 主從復制：主機會自動將數據同步到從機，可以實現讀寫分離。
  • 多種集群模式。
• 缺點：
  • 容量限制：數據庫容量受物理內存限制。
  • 主從復制局限：不具備自動容錯和恢復功能，主機宕機可能導致數據不一致問題。
• 常見問題：
  • 緩存擊穿 -> 熱點key過期，高并發請求打到數據庫 -> 設置合理的緩存失效時間
  • 緩存穿透 -> 訪問不存在的key，惡意攻擊數據庫 -> 針對接口限流、針對用戶限流、使用布隆過濾器（Bloom Filter）防止穿透
  • 緩存雪崩 -> 大量key集中失效，大量請求打到數據庫 -> 數據預熱、分布式部署緩存服務器

3. Redis 高性能

• 基于內存操作，類似 HashMap 的查找效率。
• 數據結構簡單，專為高效操作設計。
• 單線程模型，避免上下文切換和競爭條件。
• 使用多路 I/O 復用模型，非阻塞 IO。
• 自構建 VM 機制，優化內存使用。

4. Redis VM 機制

• 開啟 VM 功能可實現冷熱數據分離，提高訪問速度。
• 自行管理交換文件，減少IO操作，提高效率。

5. Redis 數據類型

• String：支持字符串、整數或浮點數的操作。
  • SDS 柔性數組對象(不限長度的char[])，記錄了已用字符串len，未用字符串free，不需要讀結尾 \0
• List：雙向鏈表，支持兩端壓入彈出元素。
  • quickList、zipList(數組)/listPack(鏈表)
• Set：無序集合，支持交集、并集等操作。
  • intset(value 為整數類型，元素少于 set-max-intset-entries 配置值時使用此結構) / dict
• Zset：有序集合，支持排序操作。
  • skipList(跳表)
• Hash：包含鍵值對的無序散列表。
  • listPack / dict -> Hashtable 擴容和漸進式 Rehash (在rehash過程中，同時使用原哈希表和新哈希表來進行鍵值對的查找和插入操作, 實現平滑的哈希表擴容，保證并發訪問，避免 rehash 過程出現大量的哈希沖突)

6. 應用場景

• 計數器：利用 String 類型進行自增自減操作。
• 緩存：熱點數據緩存，提高讀取速度。
• 會話緩存：統一存儲多臺服務器會話信息。
• 全頁緩存 (FPC)：用于快速加載瀏覽過的頁面。
• 查找表：如 DNS 記錄。
• 消息隊列：使用 List 實現簡單的消息隊列。
• 分布式鎖：使用 SETNX 命令實現。
• 其他應用：如排行榜、共同好友等功能。

7. 持久化

• RDB：定期快照保存，性能高但安全性較低。（BGSAVE）
• AOF：記錄每次寫命令，數據安全但文件較大。

總結：通常同時使用兩種機制，優先加載 AOF 文件恢復數據。

8. 過期策略

• 定時過期：立即清除過期數據，占用 CPU 資源。
• 惰性過期：訪問時檢查是否過期，節省 CPU 資源。
• 定期過期：定期掃描并清除 expires 字典中一定數量的過期數據，平衡 CPU 和內存資源。

9. 內存相關

• 淘汰策略：篩選范圍分為全局的和設置過期時間的鍵空間選擇性移除；常用算法有：當內存不足時移除最近最少使用的 key （LRU 算法）或隨機移除 key (Random 算法)，還有 LFU 算法和 TTL 算法。
• 內存優化：使用集合類型(hash，set，zset，list)數據存儲，減少內存占用。

10. 線程模型

• 單 Reactor 多線程模型：基于 Reactor 模式實現了核心組件 - 文件事件處理器：使用 I/O 多路復用監聽多個套接字， 并發送產生事件的套接字給文件事件分派器（單線程），分派器根據套接字執行的任務類型調用不同的事件處理器。
• 事件循環（Event Loop）：基于事件驅動的異步非阻塞的網絡通信模型，它通過監聽和處理事件來實現網絡通信和其他任務的處理， I/O 多路復用 是事件循環機制用于檢測文件描述符活動狀態的一種技術實現。

11. 事務

• 概念：通過 MULTI、EXEC、WATCH 等命令實現，保證一次性、順序性、排他性地執行一系列命令。
• 特性：支持原子性和隔離性，但不支持回滾。
• Lua 腳本：保證腳本內命令的一次性執行，同樣不提供回滾。

12. 集群

• 主從復制
  • 讀寫分離
  • 1. 全量復制 - RDB；
  • 2. 基于長連接的命令傳播；
  • 3. 增量復制 - repl_backlog_buffer環形緩沖區 + master_repl_offset / slave_repl_offset
• Sentinel 哨兵模式
  • 實時監控 & 故障轉移 （定期PING -> 主觀下線 -> 客觀下線 -> 故障轉移，注意不是領導者下線而是主節點下線）
  • Sentinel 領導者選舉 - Raft 一致性算法（候選者狀態 -> 提名和投票 -> 選舉過程[等待贊成票] -> 防止分裂 -> 領導者維持）
• Cluster 模式
  • 三種分片方案（客戶端分片、代理層分片以及 Redis Cluster - 解決橫向擴展問題）
  • Redis Cluster 方案：一致性哈希 分片，Gossip 協議 信息交換
  • 節點通信與故障檢測
  • 主從復制
  • 數據遷移
  • 客戶端路由