2024年 Java 面试八股文—

1、介绍下Redis Redis有哪些数据类型难度系数：⭐

2、Redis提供了哪几种持久化方式难度系数：⭐

3、Redis为什么快难度系数：⭐

4、Redis为什么是单线程的难度系数：⭐

5、Redis服务器的的内存是多大难度系数：⭐

6、为什么Redis的操作是原子性的，怎么保证原子性的难度系数：⭐

7、Redis有事务吗难度系数：⭐

8、Redis数据和MySQL数据库的一致性如何实现难度系数：⭐⭐

9、缓存击穿，缓存穿透，缓存雪崩的原因和解决方案(或者说使用缓存的过程中有没有遇到什么问题，怎么解决的）难度系数：⭐

10、哨兵模式是什么样的难度系数：⭐⭐

11、Redis常见性能问题和解决方案难度系数：⭐

12、MySQL里有大量数据，如何保证Redis中的数据都是热点数据难度系数：⭐⭐

Redis（Remote Dictionary Server） 是一个开源的使用ANSI C语言编写的、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。它通常被称为数据结构服务器，因为值（value）可以是字符串(string)、哈希(Hash)、列表(list)、集合(sets)、有序集合(sorted sets)等类型。

1、介绍下Redis Redis有哪些数据类型难度系数：⭐

Redis 支持多种数据类型，每种数据类型都有其特定的使用场景和优势。以下是 Redis 的主要数据类型：

字符串（String）：（一个字符串类型最大存储容量为512M）
- 字符串是 Redis 最基础的数据类型，你可以将任何数据存入字符串中，比如 JSON、XML 等。它不仅仅是简单的 key-value 存储，而且可以对 value 进行各种操作。
- 常用的命令包括：SET、GET、MSET、MGET、INCR、DECR 等。
哈希（Hash）：（类似于Map<string,string>）
- Redis hash 是一个键值对集合。Redis 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。
- 常用的命令包括：HSET、HGET、HMGET、HGETALL、HDEL 等。
列表（List）：(可以重复的集合)
- Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。
- 常用的命令包括：LPUSH、RPUSH、LPOP、RPOP、LRANGE 等。
集合（Set）：（不可以重复的集合）
- Redis 的集合是 string 类型的无序集合。集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O(1)。集合中不允许出现重复的元素。
- 常用的命令包括：SADD、SMEMBERS、SISMEMBER、SDIFF、SINTER、SUNION 等。
有序集合（Sorted Set）：（带分数的set）
- Redis 有序集合和集合一样也是 string 类型元素的集合, 并且集合内的元素不重复。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元素进行从小到大的排序。有序集合的成员是唯一的，但分数(score)可以重复。
- 常用的命令包括：ZADD、ZRANGE、ZREM、ZCARD 等。

这些数据类型使得 Redis 能够灵活地处理各种应用场景，无论是简单的缓存需求还是复杂的数据结构处理，Redis 都能提供高效且强大的支持。

2、Redis提供了哪几种持久化方式难度系数：⭐

Redis 提供了两种持久化的方式，分别是 RDB（Redis DataBase）和 AOF（AppendOnly File）。
RDB，简而言之，就是在不同的时间点，将 redis 存储的数据生成快照并存储到磁盘等介质上。
AOF，则是换了一个角度来实现持久化，那就是将 redis 执行过的所有写指令记录下来，在下次 redis 重新启动时，只要把这些写指令从前到后再重复执行一遍，就可以实现数据恢复了。
RDB 和 AOF 两种方式也可以同时使用，在这种情况下，如果 redis 重启的话，则会优先采用 AOF 方式来进行数据恢复，这是因为 AOF 方式的数据恢复完整度更高。

3、Redis为什么快难度系数：⭐

Redis之所以快，主要归因于以下几个关键因素：

内存存储：Redis将数据主要存储在内存中，而内存读写速度远快于硬盘。因此，Redis能够快速地读取和写入数据，实现高性能的响应。
数据结构优化：Redis支持多种数据类型，每种数据类型都经过精心设计，以实现高效的操作。例如，Redis的字符串类型采用了SDS（简单动态字符串）实现，不仅支持修改字符串长度，还避免了C语言字符串操作中的频繁内存分配和释放。此外，Redis还针对每种数据类型提供了丰富的操作命令，这些命令都经过优化，以最小化时间复杂度。
单线程模型：Redis采用单线程模型来处理客户端请求。虽然这看似限制了Redis的并发性能，但实际上由于Redis的操作大多是基于内存的，且避免了多线程的上下文切换和锁竞争，使得Redis在处理单个请求时非常高效。此外，Redis通过IO多路复用技术（如epoll）来同时处理多个客户端连接，进一步提高了并发性能。
高效的数据编码：Redis对不同的数据类型采用不同的编码方式，以最大化性能和空间利用率。例如，对于小整数，Redis使用共享对象来减少内存占用；对于字符串，Redis会根据长度选择不同的编码方式；对于哈希、列表等复杂数据类型，Redis也采用了紧凑的存储结构和高效的操作算法。
持久化机制：虽然Redis主要关注性能，但它也提供了持久化机制，以防止数据丢失。Redis支持RDB快照和AOF日志两种持久化方式，可以根据实际需求选择。这些持久化方式都经过优化，以最小化对性能的影响。

4、Redis为什么是单线程的难度系数：⭐

官方FAQ表示，因为Redis是基于内存的操作，CPU不是Redis的瓶颈，Redis的瓶颈最有可能是机器内存的大小或者网络带宽。既然单线程容易实现，而且CPU不会成为瓶颈，那就顺理成章地采用单线程的方案了Redis利用队列技术将并发访问变为串行访问

1）绝大部分请求是纯粹的内存操作

2）采用单线程,避免了不必要的上下文切换和竞争条件

5、Redis服务器的的内存是多大难度系数：⭐

在Redis的配置文件中，通过maxmemory参数来指定Redis实例能够使用的最大内存量。参数的值是以字节为单位的。

例如，在Redis的配置文件redis.conf中，你可以这样设置最大内存限制：

maxmemory 1gb

或者，如果你想要设置为500MB，可以这样写：

maxmemory 524288000

一旦设置了maxmemory，当Redis使用的内存接近或达到这个限制时，它会根据配置的淘汰策略（eviction policy）来自动移除一些键，以确保不会超出内存限制。淘汰策略可以通过maxmemory-policy参数来配置，常见的策略包括：

noeviction：不删除任何数据，拒绝写入操作并返回一个错误。
allkeys-lru：根据LRU（Least Recently Used）算法删除键。
volatile-lru：只删除设置了过期时间的键，使用LRU算法。
allkeys-random：随机删除键。
volatile-random：只随机删除设置了过期时间的键。
volatile-ttl：只删除设置了过期时间的键，并且优先删除剩余时间（TTL）较短的键。

6、为什么Redis的操作是原子性的，怎么保证原子性的难度系数：⭐

对于Redis而言，命令的原子性指的是：一个操作的不可以再分，操作要么执行，要么不执行。

Redis的操作之所以是原子性的，是因为Redis是单线程的。

Redis本身提供的所有API都是原子操作，Redis中的事务其实是要保证批量操作的原子性。

多个命令在并发中也是原子性的吗？

不一定，将get和set改成单命令操作，incr 。使用Redis的事务，或者使用Redis+Lua==的方式实现.

7、Redis有事务吗难度系数：⭐

Redis中的事务(transaction)是一组命令的集合。事务同命令一样都是Redis最小的执行单位，一个事务中的命令要么都执行，要么都不执行。Redis事务的实现需要用到 MULTI 和 EXEC 两个命令，事务开始的时候先向Redis服务器发送 MULTI 命令，然后依次发送需要在本次事务中处理的命令，最后再发送 EXEC 命令表示事务命令结束。

8、Redis数据和MySQL数据库的一致性如何实现难度系数：⭐⭐

Redis数据和MySQL数据库的一致性可以通过以下几种方式实现：

事务支持：MySQL支持事务，通过事务可以保证数据库操作要么全部执行成功，要么全部失败回滚，从而确保数据的一致性。在事务中，所有的修改必须符合相关约束，这样才能保证一致性。
唯一约束和外键约束：MySQL可以通过设置唯一约束和外键约束来保证数据一致性。唯一约束保证某列或者几列的取值都是唯一的，外键约束可以保证参照完整性，确保关联表之间的数据一致性。
使用消息队列：一种常见的做法是先更新MySQL数据库，然后通过发送操作缓存的消息到消息队列，进行更新Redis缓存操作。这里还需要利用消息队列的重试机制，保证缓存能够更新成功。如果多次消费失败，可能是由于网络原因或者Redis服务挂了，此时可以添加告警处理。
延时双删策略：这是在使用Redis时保持数据一致性的流行解决方案之一。其主要思想是，在更新数据库后，等待一段时间再删除Redis中的旧数据。这样做的目的是确保在更新数据库和删除Redis数据之间，如果有新的读请求，它仍然会读取到旧的但已经过时的Redis数据，而不是直接从数据库中读取新的数据。然后，当延时时间过去后，再删除Redis中的旧数据，此时新的读请求就会直接从数据库中读取新的数据。需要注意的是，经常修改的数据表不适合使用Redis，因为双删策略执行的结果是把Redis中保存的那条数据删除了，以后的查询就都会去查询数据库。

9、缓存击穿，缓存穿透，缓存雪崩的原因和解决方案(或者说使用缓存的过程中有没有遇到什么问题，怎么解决的）难度系数：⭐

1. 缓存穿透

问题描述：查询一个不存在的数据，由于缓存和数据库都未命中，导致每次请求都要查询数据库，失去了缓存的意义。

解决方案：

空结果缓存：将查询结果为空的对象也进行缓存，并设置一个较短的过期时间（例如几分钟）。
布隆过滤器：使用布隆过滤器快速判断一个元素是否存在于集合中，对于不存在的数据直接返回，不查询数据库。Redisson等框架提供了布隆过滤器的实现。
应用层限流：对于频繁查询不存在的数据，可以在应用层进行限流，防止恶意攻击。

2. 缓存雪崩

问题描述：由于大量缓存同时失效，导致所有请求都转发到数据库，数据库瞬时压力过大。

解决方案：

随机过期时间：在设置缓存过期时间时，增加一个随机值，降低缓存集体失效的概率。
预热缓存：在系统上线前或低峰时段，预先加载一些热点数据到缓存中，避免上线时大量请求导致缓存失效。
熔断降级：当数据库压力过大时，可以暂时关闭缓存的更新功能，或者将部分请求降级处理，减轻数据库压力。

3. 缓存击穿

问题描述：对于设置了过期时间的热点数据，如果这些数据在过期时刻被大量并发请求访问，会导致所有请求都转发到数据库。

解决方案：

分布式锁：使用Redis的setnx命令、RedLock算法、Zookeeper的临时顺序节点等方式实现分布式锁，确保同一时刻只有一个请求去查询数据库并更新缓存。
本地缓存：对于热点数据，可以在应用层使用本地缓存（如Guava Cache、Caffeine等）进行缓存，减少对远程缓存和数据库的访问。
异步更新：当缓存失效时，可以启动一个异步任务去更新缓存，而不是等待同步查询数据库的结果。

10、哨兵模式是什么样的难度系数：⭐⭐

redis一共有3中集群模式，1、主从模式。2、哨兵模式。3、Cluster模式。

哨兵模式是为了解决主从复制模式的缺点的，即哨兵模式还是基于主从复制模式，只不过多了一个“哨兵”，当master挂掉之后，哨兵就会在在所有的从节点竞选出新的主节点

当master挂掉之后，哨兵会自动从slave中选一个作为master，若master重新启动，master则会转化为现有的master下的一个slave，当slave切换时，会通过发布订阅方式，将slave所对应的master更改。

哨兵本身也有单点故障的问题，所以在一个一主多从的Redis系统中，可以使用多个哨兵进行监控，哨兵不仅会监控主数据库和从数据库，哨兵之间也会相互监控。每一个哨兵都是一个独立的进程，作为进程，它会独立运行

11、Redis常见性能问题和解决方案难度系数：⭐

1. 内存占用过高

问题描述：Redis使用了过多的内存，可能导致系统资源紧张，影响性能。

解决方案：

优化数据结构和存储：使用更节省内存的数据结构，例如使用哈希表代替列表或集合。
配置maxmemory：设置Redis实例的最大内存使用量，防止无限制地占用内存。
使用LRU算法：当内存达到上限时，Redis会使用LRU（Least Recently Used）算法自动删除一些不常用的键。

2. 读写性能下降

问题描述：Redis的读写操作变得缓慢，响应时间增加。

解决方案：

优化数据结构：选择合适的数据结构来存储数据，避免不必要的转换和计算。
管道技术：使用管道（pipelining）技术将多个命令打包发送，减少网络往返时间。
关闭持久化：对于写密集型的场景，可以考虑关闭或优化Redis的持久化配置，以减少写操作的开销。

3. 阻塞操作

问题描述：Redis的某些操作（如大键值的操作、长时间的Lua脚本等）可能导致阻塞，影响整体性能。

解决方案：

避免大键值操作：尽量拆分大键值操作，减少阻塞时间。
优化Lua脚本：减少Lua脚本的执行时间，避免长时间占用Redis资源。
使用监控工具：使用监控工具（如Redis-stat、Redis-cli等）监控Redis的性能指标，及时发现并处理潜在的阻塞问题。

4. 主从复制延迟

问题描述：在Redis主从复制的场景下，从库可能存在延迟，导致读取不一致。

解决方案：

优化复制策略：调整复制参数（如repl-backlog-size、repl-timeout等），优化复制性能。
读写分离读写：使用读写分离读写的架构，将读请求分散到多个从库上，减轻主库压力。
监控复制状态：使用监控工具监控主从复制的状态和延迟情况，及时发现并处理问题。

5. 网络问题

问题描述：网络延迟或不稳定可能导致Redis性能下降。

解决方案：

优化网络连接：确保Redis服务器与客户端之间的网络连接稳定且延迟低。
使用连接池：使用连接池技术来管理Redis连接，减少连接建立和断开的开销。

12、MySQL里有大量数据，如何保证Redis中的数据都是热点数据难度系数：⭐⭐

要实现MySQL中的大量数据只保证Redis中存储热点数据，可以结合多种策略和技术。以下是一些具体的实现方式：

1. 基于访问频率的热点数据识别

使用Redis的ZSET（有序集合）: 利用Redis的有序集合（Sorted Set）结构，每个元素都会关联一个分数，可以用来表示访问频率或最近访问时间。
实时更新访问频率: 当MySQL中的数据被访问时，更新Redis中对应元素的分数。分数可以是访问次数或时间戳。
定期清理非热点数据: 通过设置较低的分数阈值，定期清理ZSET中分数较低（即访问频率较低）的元素。

2. 缓存预热

分析历史数据: 分析MySQL的历史访问记录，识别出常规的热点数据。
预加载热点数据: 在系统启动或低峰期，将这些热点数据预先加载到Redis中。

3. 使用消息队列实现数据同步

设置数据库触发器: 在MySQL中设置触发器，当数据发生变化（如INSERT、UPDATE、DELETE）时，将变化的信息发送到消息队列（如Kafka、RabbitMQ）。
消费队列消息: Redis的消费者服务订阅消息队列，当接收到消息时，根据消息内容判断是否为热点数据，并同步到Redis中。