「黑馬程序員」Redis面試題及分佈式集群

1.使用Redis有哪些好處?

(1) 速度快,因為數據存在內存中,類似於HashMap,HashMap的優勢就是查找和操作的時間複雜度都是O(1)

(2) 支持豐富數據類型,支持string,list,set,sorted set,hash

(3) 支持事務,操作都是原子性,所謂的原子性就是對數據的更改要麼全部執行,要麼全部不執行

(4) 豐富的特性:可用於緩存,消息,按key設置過期時間,過期後將會自動刪除

2. redis相比memcached有哪些優勢?

(1) memcached所有的值均是簡單的字符串,redis作為其替代者,支持更為豐富的數據類型

(2) redis的速度比memcached快很多

(3) redis可以持久化其數據

3.redis常見性能問題和解決方案:

(1) Master最好不要做任何持久化工作,如RDB內存快照和AOF日誌文件

(2) 如果數據比較重要,某個Slave開啟AOF備份數據,策略設置為每秒同步一次

(3) 為了主從複製的速度和連接的穩定性,Master和Slave最好在同一個局域網內

(4) 儘量避免在壓力很大的主庫上增加從庫

(5) 主從複製不要用圖狀結構,用單向鏈表結構更為穩定,即:Master

這樣的結構方便解決單點故障問題,實現Slave對Master的替換。如果Master掛了,可以立刻啟用Slave1做Master,其他不變。

4.MySQL裡有2000w數據,redis中只存20w的數據,如何保證redis中的數據都是熱點數據

相關知識:redis 內存數據集大小上升到一定大小的時候,就會施行數據淘汰策略。redis 提供 6種數據淘汰策略:

voltile-lru:從已設置過期時間的數據集(server.db[i].expires)中挑選最近最少使用的數據淘汰

volatile-ttl:從已設置過期時間的數據集(server.db[i].expires)中挑選將要過期的數據淘汰

volatile-random:從已設置過期時間的數據集(server.db[i].expires)中任意選擇數據淘汰

allkeys-lru:從數據集(server.db[i].dict)中挑選最近最少使用的數據淘汰

allkeys-random:從數據集(server.db[i].dict)中任意選擇數據淘汰

no-enviction(驅逐):禁止驅逐數據

5.Memcache與Redis的區別都有哪些?

1)、存儲方式

Memecache把數據全部存在內存之中,斷電後會掛掉,數據不能超過內存大小。

Redis有部份存在硬盤上,這樣能保證數據的持久性。

2)、數據支持類型

Memcache對數據類型支持相對簡單。

Redis有複雜的數據類型。

3)、使用底層模型不同

它們之間底層實現方式 以及與客戶端之間通信的應用協議不一樣。

Redis直接自己構建了VM 機制 ,因為一般的系統調用系統函數的話,會浪費一定的時間去移動和請求。

4),value大小

redis最大可以達到1GB,而memcache只有1MB

6.Redis 常見的性能問題都有哪些?如何解決?

1).Master寫內存快照,save命令調度rdbSave函數,會阻塞主線程的工作,當快照比較大時對性能影響是非常大的,會間斷性暫停服務,所以Master最好不要寫內存快照。

2).Master AOF持久化,如果不重寫AOF文件,這個持久化方式對性能的影響是最小的,但是AOF文件會不斷增大,AOF文件過大會影響Master重啟的恢復速度。Master最好不要做任何持久化工作,包括內存快照和AOF日誌文件,特別是不要啟用內存快照做持久化,如果數據比較關鍵,某個Slave開啟AOF備份數據,策略為每秒同步一次。

3).Master調用BGREWRITEAOF重寫AOF文件,AOF在重寫的時候會佔大量的CPU和內存資源,導致服務load過高,出現短暫服務暫停現象。

4). Redis主從複製的性能問題,為了主從複製的速度和連接的穩定性,Slave和Master最好在同一個局域網內

7. redis 最適合的場景

Redis最適合所有數據in-momory的場景,雖然Redis也提供持久化功能,但實際更多的是一個disk-backed的功能,跟傳統意義上的持久化有比較大的差別,那麼可能大家就會有疑問,似乎Redis更像一個加強版的Memcached,那麼何時使用Memcached,何時使用Redis呢?

如果簡單地比較Redis與Memcached的區別,大多數都會得到以下觀點:

1 、Redis不僅僅支持簡單的k/v類型的數據,同時還提供list,set,zset,hash等數據結構的存儲。

2 、Redis支持數據的備份,即master-slave模式的數據備份。

3 、Redis支持數據的持久化,可以將內存中的數據保持在磁盤中,重啟的時候可以再次加載進行使用。

(1)、會話緩存(Session Cache)

最常用的一種使用Redis的情景是會話緩存(session cache)。用Redis緩存會話比其他存儲(如Memcached)的優勢在於:Redis提供持久化。當維護一個不是嚴格要求一致性的緩存時,如果用戶的購物車信息全部丟失,大部分人都會不高興的,現在,他們還會這樣嗎?

幸運的是,隨著 Redis 這些年的改進,很容易找到怎麼恰當的使用Redis來緩存會話的文檔。甚至廣為人知的商業平臺Magento也提供Redis的插件。

(2)、全頁緩存(FPC)

除基本的會話token之外,Redis還提供很簡便的FPC平臺。回到一致性問題,即使重啟了Redis實例,因為有磁盤的持久化,用戶也不會看到頁面加載速度的下降,這是一個極大改進,類似PHP本地FPC。

再次以Magento為例,Magento提供一個插件來使用Redis作為全頁緩存後端。

此外,對WordPress的用戶來說,Pantheon有一個非常好的插件 wp-redis,這個插件能幫助你以最快速度加載你曾瀏覽過的頁面。

(3)、隊列

Reids在內存存儲引擎領域的一大優點是提供 list 和 set 操作,這使得Redis能作為一個很好的消息隊列平臺來使用。Redis作為隊列使用的操作,就類似於本地程序語言(如Python)對 list 的 push/pop 操作。

如果你快速的在Google中搜索“Redis queues”,你馬上就能找到大量的開源項目,這些項目的目的就是利用Redis創建非常好的後端工具,以滿足各種隊列需求。例如,Celery有一個後臺就是使用Redis作為broker,你可以從這裡去查看。

(4),排行榜/計數器

Redis在內存中對數字進行遞增或遞減的操作實現的非常好。集合(Set)和有序集合(Sorted Set)也使得我們在執行這些操作的時候變的非常簡單,Redis只是正好提供了這兩種數據結構。所以,我們要從排序集合中獲取到排名最靠前的10個用戶–我們稱之為“user_scores”,我們只需要像下面一樣執行即可:

當然,這是假定你是根據你用戶的分數做遞增的排序。如果你想返回用戶及用戶的分數,你需要這樣執行:

ZRANGE user_scores 0 10 WITHSCORES

Agora Games就是一個很好的例子,用Ruby實現的,它的排行榜就是使用Redis來存儲數據的,你可以在這裡看到。

(5)、發佈/訂閱

最後(但肯定不是最不重要的)是Redis的發佈/訂閱功能。發佈/訂閱的使用場景確實非常多。我已看見人們在社交網絡連接中使用,還可作為基於發佈/訂閱的腳本觸發器,甚至用Redis的發佈/訂閱功能來建立聊天系統!(不,這是真的,你可以去核實)。

Redis提供的所有特性中,我感覺這個是喜歡的人最少的一個,雖然它為用戶提供如果此多功能。

8.高可用

高可用(High Availability),是當一臺服務器停止服務後,對於業務及用戶毫無影響。 停止服務的原因可能由於網卡、路由器、機房、CPU負載過高、內存溢出、自然災害等不可預期的原因導致,在很多時候也稱單點問題。

(1)解決單點問題主要有2種方式:

主備方式

這種通常是一臺主機、一臺或多臺備機,在正常情況下主機對外提供服務,並把數據同步到備機,當主機宕機後,備機立刻開始服務。

Redis HA中使用比較多的是keepalived,它使主機備機對外提供同一個虛擬IP,客戶端通過虛擬IP進行數據操作,正常期間主機一直對外提供服務,宕機後VIP自動漂移到備機上。

優點是對客戶端毫無影響,仍然通過VIP操作。

缺點也很明顯,在絕大多數時間內備機是一直沒使用,被浪費著的。

主從方式

這種採取一主多從的辦法,主從之間進行數據同步。 當Master宕機後,通過選舉算法(Paxos、Raft)從slave中選舉出新Master繼續對外提供服務,主機恢復後以slave的身份重新加入。

主從另一個目的是進行讀寫分離,這是當單機讀寫壓力過高的一種通用型解決方案。 其主機的角色只提供寫操作或少量的讀,把多餘讀請求通過負載均衡算法分流到單個或多個slave服務器上。

缺點是主機宕機後,Slave雖然被選舉成新Master了,但對外提供的IP服務地址卻發生變化了,意味著會影響到客戶端。 解決這種情況需要一些額外的工作,在當主機地址發生變化後及時通知到客戶端,客戶端收到新地址後,使用新地址繼續發送新請求。

(2)數據同步

同步方式:當主機收到客戶端寫操作後,以同步方式把數據同步到從機上,當從機也成功寫入後,主機才返回給客戶端成功,也稱數據強一致性。 很顯然這種方式性能會降低不少,當從機很多時,可以不用每臺都同步,主機同步某一臺從機後,從機再把數據分發同步到其他從機上,這樣提高主機性能分擔同步壓力。 在redis中是支持這楊配置的,一臺master,一臺slave,同時這臺salve又作為其他slave的master。

異步方式:主機接收到寫操作後,直接返回成功,然後在後臺用異步方式把數據同步到從機上。 這種同步性能比較好,但無法保證數據的完整性,比如在異步同步過程中主機突然宕機了,也稱這種方式為數據弱一致性。

Redis主從同步採用的是異步方式,因此會有少量丟數據的危險。還有種弱一致性的特例叫最終一致性,這塊詳細內容可參見CAP原理及一致性模型。

(3)方案選擇

keepalived方案配置簡單、人力成本小,在數據量少、壓力小的情況下推薦使用。 如果數據量比較大,不希望過多浪費機器,還希望在宕機後,做一些自定義的措施,比如報警、記日誌、數據遷移等操作,推薦使用主從方式,因為和主從搭配的一般還有個管理監控中心。

宕機通知這塊,可以集成到客戶端組件上,也可單獨抽離出來。

9.分佈式

分佈式(distributed), 是當業務量、數據量增加時,可以通過任意增加減少服務器數量來解決問題。

集群時代

至少部署兩臺Redis服務器構成一個小的集群,主要有2個目的:

高可用性:在主機掛掉後,自動故障轉移,使前端服務對用戶無影響。

讀寫分離:將主機讀壓力分流到從機上。

可在客戶端組件上實現負載均衡,根據不同服務器的運行情況,分擔不同比例的讀請求壓力。

10.分佈式集群時代

當緩存數據量不斷增加時,單機內存不夠使用,需要把數據切分不同部分,分佈到多臺服務器上。

可在客戶端對數據進行分片,數據分片算法詳見C#一致性Hash詳解、C#之虛擬桶分片。

大規模分佈式集群時代

當數據量持續增加時,應用可根據不同場景下的業務申請對應的分佈式集群。 這塊最關鍵的是緩存治理這塊,其中最重要的部分是加入了代理服務。 應用通過代理訪問真實的Redis服務器進行讀寫,這樣做的好處是:

避免越來越多的客戶端直接訪問Redis服務器難以管理,而造成風險。

在代理這一層可以做對應的安全措施,比如限流、授權、分片。

避免客戶端越來越多的邏輯代碼,不但臃腫升級還比較麻煩。

代理這層無狀態的,可任意擴展節點,對於客戶端來說,訪問代理跟訪問單機Redis一樣。

總結:

分佈式緩存再向後是雲服務緩存,對使用端完全屏蔽細節,各應用自行申請大小、流量方案即可,如淘寶OCS雲服務緩存。

分佈式緩存對應需要的實現組件有:

一個緩存監控、遷移、管理中心。

一個自定義的客戶端組件,上圖中的SmartClient。

一個無狀態的代理服務。

N臺服務器。

「黑馬程序員」Redis面試題及分佈式集群


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