【模块十】分布式篇Redis缓存篇☞参考答案
一、简介
1.是什么
Rsdis是一个基于内存的高性能key-value数据库
2.特点
(1) 速度快，因为数据存在内存中，类似于HashMap，HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1)
(2) 支持丰富数据类型，支持string，list，set，sorted set，hash
(3) 支持事务，操作都是原子性，所谓的原子性就是对数据的更改要么全部执行，要么全部不执行
(4) 丰富的特性：可用于缓存，消息，按key设置过期时间，过期后将会自动删除
3.支持的5种数据类型
1.字符串String
常用命令: set，get，setex(key, seconds,value)，setnx(key,value)等。
String数据结构是简单的key-value类型，value其实不仅可以是String，也可以是数字。String类型是 Redis最基本的数据类型，String类型的值最大能存储 512MB。
2.哈希Hash
常用命令： hget,hset,hgetall 等。
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。比如：
key=zhangsan
value={
“id”: 1,
“name”: “SnailClimb”,
“age”: 22,
“location”: “Wuhan, Hubei”
}
3.列表List
常用命令: lpush,rpush,lpop,rpop,lrange等
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）。
4.集合Set
常用命令： sadd,spop,smembers等
set 是可以自动排重的。
可以基于 set 轻易实现交集、并集、差集的操作。
5.有序集合Sorted Set
常用命令： zadd,zrange,zrem,zcard等
和set相比，sorted set增加了一个权重参数score，使得集合中的元素能够按score进行有序排列。
二、Redis常遇到四种情况
(一)缓存和数据库双写一致性问题
(二)缓存雪崩问题
(三)缓存击穿问题
(四)缓存的并发竞争问题
三、缓存穿透&缓存雪崩
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。
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。
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
四、Redis作为缓存最大的问题
当服务器内存有限时候，如果大量使用缓存键而且过期时间设置过长会导致redis占满内存；另一方面如果为了防止redis占用内存过大而将缓存键的过期时间设得太短，就可能导致缓存命中率过低并且大量内存白白闲置。实际开发中很难为缓存键设置合理的过期时间
解决方案：限制redis能使用的最大内存，并让redis按照一定的规则淘汰不需要的缓存键
五、过期策略
1.三种键值过期策略
定时删除
- 含义：在设置key的过期时间同时，为key创建一个定时器，让定时器在key的过期时间来临时，对key进行删除
- 优点：保证内存尽快被释放
- 缺点：
- 若过期key很多，删除这些key会占用很多的CPU时间，在CPU时间紧张的情况下，CPU不能把所有的时间用来做要紧的事儿，还需要去花时间删除这些key
- 定时器的创建耗时，若为每一个设置过期时间的key创建一个定时器（将会有大量的定时器产生），性能影响严重
- 没人用
惰性删除
- 含义：key过期的时候不删除，每次从数据库获取key的时候去检查是否过期，若过期，则删除，返回null。
- 优点：删除操作只发生在从数据库取出key的时候发生，而且只删除当前key，所以对CPU时间的占用是比较少的，而且此时的删除是已经到了非做不可的地步（如果此时还不删除的话，我们就会获取到了已经过期的key了）
- 缺点：若大量的key在超出超时时间后，很久一段时间内，都没有被获取过，那么可能发生内存泄露（无用的垃圾占用了大量的内存）
定期删除
含义：定期删除指的是redis默认是每隔100ms就随机抽取一些设置了过期时间的key，检查其是否过期，如果过期就删除。
注意：这里可不是每隔100ms就遍历所有的设置过期时间的key，那样就是一场性能上的灾难。
实际上redis是每隔100ms随机抽取一些key来检查和删除的。
- 优点：
- 通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对CPU时间的占用--处理"定时删除"的缺点
- 定期删除过期key--处理"惰性删除"的缺点
- 缺点
- 在内存友好方面，不如"定时删除"
- 在CPU时间友好方面，不如"惰性删除"
- 难点
- 合理设置删除操作的执行时长（每次删除执行多长时间）和执行频率（每隔多长时间做一次删除）（这个要根据服务器运行情况来定了）
- 优点：
看完上面三种策略后可以得出以下结论：
定时删除和定期删除为主动删除：Redis会定期主动淘汰一批已过去的key
惰性删除为被动删除：用到的时候才会去检验key是不是已过期，过期就删除
惰性删除为redis服务器内置策略
定期删除可以通过：
- 第一、配置redis.conf 的hz选项，默认为10 （即1秒执行10次，100ms一次，值越大说明刷新频率越快，Redis性能损耗也越大）
- 第二、配置redis.conf的maxmemory最大值，当已用内存超过maxmemory限定时，就会触发主动清理策略
2.Redis采用的过期策略
惰性删除+定期删除
- 惰性删除流程
- 在进行get或setnx等操作时，先检查key是否过期，
- 若过期，删除key，然后执行相应操作；
- 若没过期，直接执行相应操作
- 定期删除流程（简单而言，对指定个数个库的每一个库随机删除小于等于指定个数个过期key）
- 遍历每个数据库（就是redis.conf中配置的"database"数量，默认为16）
- 检查当前库中的指定个数个key（默认是每个库检查20个key，注意相当于该循环执行20次，循环体时下边的描述）
- 如果当前库中没有一个key设置了过期时间，直接执行下一个库的遍历
- 随机获取一个设置了过期时间的key，检查该key是否过期，如果过期，删除key
- 判断定期删除操作是否已经达到指定时长，若已经达到，直接退出定期删除。
- 检查当前库中的指定个数个key（默认是每个库检查20个key，注意相当于该循环执行20次，循环体时下边的描述）
- 遍历每个数据库（就是redis.conf中配置的"database"数量，默认为16）
六、内存淘汰机制
1．产生背景
如果定期删除漏掉了很多过期key，然后也没及时去查，也就没走惰性删除，此时会怎么样？
会导致大量过期key堆积在内存里，导致Redis内存块耗尽了，怎么办？
答案：走内存淘汰机制
2．六种淘汰机制
内存淘汰机制：即内存占用达到内存限制设定值时触发的Redis的淘汰策略来删除键。
（LRU：Least Recently Used最近最少使用的；LFU：Least Frequently Used最不常用的）
- noeviction：当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。
- allkeys-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的key。
- allkeys-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个key。
- volatile-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的key。
- volatile-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个key。
- volatile-ttl：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的key优先移除。
七、 Redis持久化
持久化就是把内存的数据写到磁盘中去，防止服务器宕机导致内存数据丢失。
Redis 提供了两种持久化方式:RDB（默认）和AOF
RDB：Redis DataBase
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
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