大厂系列：Redis八股文，速速收藏（八）
71.Redis 6.0 采用多线程后，性能的提升效果如何？
Redis 作者 antirez 在 RedisConf 2019 分享时曾提到：Redis 6 引入的多线程 IO 特性对性能提升至少是一倍以上。
国内也有大牛曾使用 unstable 版本在阿里云 esc 进行过测试，GET/SET 命令在 4 线程 IO 时性能相比单线程是几乎是翻倍了。
介绍下Redis的线程模型
Redis的线程模型包括Redis 6.0之前和Redis 6.0。
下面介绍的是Redis 6.0之前。
Redis 是基于 reactor 模式开发了网络事件处理器，这个处理器叫做文件事件处理器（file event handler）。由于这个文件事件处理器是单线程的，所以 Redis 才叫做单线程的模型。采用 IO 多路复用机制同时监听多个 Socket，根据 socket 上的事件来选择对应的事件处理器来处理这个事件。
IO多路复用是 IO 模型的一种，有时也称为异步阻塞 IO，是基于经典的 Reactor 设计模式设计的。多路指的是多个 Socket 连接，复用指的是复用一个线程。多路复用主要有三种技术：Select，Poll，Epoll。
Epoll 是最新的也是目前最好的多路复用技术。
模型如下图：
文件事件处理器的结构包含了四个部分：
- 多个 Socket。Socket 会产生 AE_READABLE 和 AE_WRITABLE 事件：当 socket 变得可读时或者有新的可以应答的 socket 出现时，socket 就会产生一个 AE_READABLE 事件当 socket 变得可写时，socket 就会产生一个 AE_WRITABLE 事件。
- IO 多路复用程序
- 文件事件分派器
- 事件处理器。事件处理器包括：连接应答处理器、命令请求处理器、命令回复处理器，每个处理器对应不同的 socket 事件：如果是客户端要连接 Redis，那么会为 socket 关联连接应答处理器如果是客户端要写数据到 Redis（读、写请求命令），那么会为 socket 关联命令请求处理器如果是客户端要从 Redis 读数据，那么会为 socket 关联命令回复处理器
多个 socket 会产生不同的事件，不同的事件对应着不同的操作，IO 多路复用程序监听着这些 Socket，当这些 Socket 产生了事件，IO 多路复用程序会将这些事件放到一个队列中，通过这个队列，以有序、同步、每次一个事件的方式向文件时间分派器中传送。当事件处理器处理完一个事件后，IO 多路复用程序才会继续向文件分派器传送下一个事件。
下图是客户端与 Redis 通信的一次完整的流程：
- Redis 启动初始化的时候，Redis 会将连接应答处理器与 AE_READABLE 事件关联起来。
- 如果一个客户端跟 Redis 发起连接，此时 Redis 会产生一个 AE_READABLE 事件，由于开始之初 AE_READABLE 是与连接应答处理器关联，所以由连接应答处理器来处理该事件，这时连接应答处理器会与客户端建立连接，创建客户端响应的 socket，同时将这个 socket 的 AE_READABLE 事件与命令请求处理器关联起来。
- 如果这个时间客户端向 Redis 发送一个命令（set k1 v1），这时 socket 会产生一个 AE_READABLE 事件，IO 多路复用程序会将该事件压入队列中，此时事件分派器从队列中取得该事件，由于该 socket 的 AE_READABLE 事件已经和命令请求处理器关联了，因此事件分派器会将该事件交给命令请求处理器处理，命令请求处理器读取事件中的命令并完成。操作完成后，Redis 会将该 socket 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器关联。
- 如果客户端已经准备好接受数据后，Redis 中的该 socket 会产生一个 AE_WRITABLE 事件，同样会压入队列然后被事件派发器取出交给相对应的命令回复处理器，由该命令回复处理器将准备好的响应数据写入 socket 中，供客户端读取。
- 命令回复处理器写完后，就会删除该 socket 的 AE_WRITABLE 事件与命令回复处理器的关联关系。
- Redis 6.0 多线程的实现机制？
流程简述如下：
- 主线程负责接收建立连接请求，获取 Socket 放入全局等待读处理队列。
- 主线程处理完读事件之后，通过 RR（Round Robin）将这些连接分配给这些 IO 线程。
- 主线程阻塞等待 IO 线程读取 Socket 完毕。
- 主线程通过单线程的方式执行请求命令，请求数据读取并解析完成，但并不执行。
- 主线程阻塞等待 IO 线程将数据回写 Socket 完毕。
该设计有如下特点：
- IO 线程要么同时在读 Socket，要么同时在写，不会同时读或写。
- IO 线程只负责读写 Socket 解析命令，不负责命令处理。
72.Redis 6.0开启多线程后，是否会存在线程并发安全问题？
从实现机制可以看出，Redis 的多线程部分只是用来处理网络数据的读写和协议解析，执行命令仍然是单线程顺序执行。
所以我们不需要去考虑控制 Key、Lua、事务，LPUSH/LPOP 等等的并发及线程安全问题。
73.Redis 6.0 与 Memcached 多线程模型的对比
- 相同点：都采用了 Master 线程 -Worker 线程的模型。
- 不同点：Memcached 执行主逻辑也是在 Worker 线程里，模型更加简单，实现了真正的线程隔离，符合我们对线程隔离的常规理解。
- 而 Redis 把处理逻辑交还给 Master 线程，虽然一定程度上增加了模型复杂度，但也解决了线程并发安全等问题。
74.Redis事务的概念
Redis的事务并不是我们传统意义上理解的事务，我们都知道 单个 Redis 命令的执行是原子性的，但 Redis 没有在事务上增加任何维持原子性的机制，所以 Redis 事务的执行并不是原子性的。
事务可以理解为一个打包的批量执行脚本，但批量指令并非原子化的操作，中间某条指令的失败不会导致前面已做指令的回滚，也不会造成后续的指令不做。
总结：
- Redis事务中如果有某一条命令执行失败，之前的命令不会回滚，其后的命令仍然会被继续执行。鉴于这个原因，所以说Redis的事务严格意义上来说是不具备原子性的。
- Redis事务中所有命令都会序列化、按顺序地执行。事务在执行的过程中，不会被其他客户端发送来的命令请求所打断。
- 在事务开启之前，如果客户端与服务器之间出现通讯故障并导致网络断开，其后所有待执行的语句都将不会被服务器执行。然而如果网络中断事件是发生在客户端执行EXEC命令之后，那么该事务中的所有命令都会被服务器执行。
当使用Append-Only模式时，Redis会通过调用系统函数write将该事务内的所有写操作在本次调用中全部写入磁盘。然而如果在写入的过程中出现系统崩溃，如电源故障导致的宕机，那么此时也许只有部分数据被写入到磁盘，而另外一部分数据却已经丢失。Redis服务器会在重新启动时执行一系列必要的一致性检测，一旦发现类似问题，就会立即退出并给出相应的错误提示。此时，我们就要充分利用Redis工具包中提供的Redis-check-aof工具，该工具可以帮助我们定位到数据不一致的错误，并将已经写入的部分数据进行回滚。修复之后我们就可以再次重新启动Redis服务器了。
- Redis事务的三个阶段
- multi 开启事务
- 大量指令入队
- exec执行事务块内命令，截止此处一个事务已经结束。
- discard 取消事务
- watch 监视一个或多个key，如果事务执行前key被改动，事务将打断。unwatch 取消监视。
事务执行过程中，如果服务端收到有EXEC、DISCARD、WATCH、MULTI之外的请求，将会把请求放入队列中排队.
- Redis事务相关命令
Redis事务功能是通过MULTI、EXEC、DISCARD和WATCH 四个原语实现的
- WATCH 命令是一个乐观锁，可以为 Redis 事务提供 check-and-set （CAS）行为。 可以监控一个或多个键，一旦其中有一个键被修改（或删除），之后的事务就不会执行，监控一直持续到EXEC命令。
- MULTI命令用于开启一个事务，它总是返回OK。 MULTI执行之后，客户端可以继续向服务器发送任意多条命令，这些命令不会立即被执行，而是被放到一个队列中，当EXEC命令被调用时，所有队列中的命令才会被执行。
- EXEC：执行所有事务块内的命令。返回事务块内所有命令的返回值，按命令执行的先后顺序排列。 当操作被打断时，返回空值 nil 。通过调用DISCARD，客户端可以清空事务队列，并放弃执行事务， 并且客户端会从事务状态中退出。
- UNWATCH命令可以取消watch对所有key的监控。
75.Redis事务支持隔离性吗?
Redis 是单进程程序，并且它保证在执行事务时，不会对事务进行中断，事务可以运行直到执行完所有事务队列中的命令为止。因此，Redis 的事务是总是带有隔离性的。
76.Redis为什么不支持事务回滚？
- Redis 命令只会因为错误的语法而失败，或是命令用在了错误类型的键上面，这些问题不能在入队时发现，这也就是说，从实用性的角度来说，失败的命令是由编程错误造成的，而这些错误应该在开发的过程中被发现，而不应该出现在生产环境中.
- 因为不需要对回滚进行支持，所以 Redis 的内部可以保持简单且快速。
77.Redis事务其他实现
- 基于Lua脚本，Redis可以保证脚本内的命令一次性、按顺序地执行，其同时也不提供事务运行错误的回滚，执行过程中如果部分命令运行错误，剩下的命令还是会继续运行完。
- 基于中间标记变量，通过另外的标记变量来标识事务是否执行完成，读取数据时先读取该标记变量判断是否事务执行完成。但这样会需要额外写代码实现，比较繁琐。
78.Redis常见使用方式有哪些？
Redis的几种常见使用方式包括：
- Redis单副本；
- Redis多副本（主从）；
- Redis Sentinel（哨兵）；
- Redis Cluster；
- Redis自研。
使用场景：
如果数据量很少，主要是承载高并发高性能的场景，比如缓存一般就几个G的话，单机足够了。
主从模式：master 节点挂掉后，需要手动指定新的 master，可用性不高，基本不用。
哨兵模式：master 节点挂掉后，哨兵进程会主动选举新的 master，可用性高，但是每个节点存储的数据是一样的，浪费内存空间。数据量不是很多，集群规模不是很大，需要自动容错容灾的时候使用。
Redis cluster 主要是针对海量数据+高并发+高可用的场景，如果是海量数据，如果你的数据量很大，那么建议就用Redis cluster，所有master的容量总和就是Redis cluster可缓存的数据容量。
79.介绍下Redis单副本?
Redis单副本，采用单个Redis节点部署架构，没有备用节点实时同步数据，不提供数据持久化和备份策略，适用于数据可靠性要求不高的纯缓存业务场景。
优点：
- 架构简单，部署方便；
- 高性价比：缓存使用时无需备用节点（单实例可用性可以用supervisor或crontab保证），当然为了满足业务的高可用性，也可以牺牲一个备用节点，但同时刻只有一个实例对外提供服务；
- 高性能。
缺点：
- 不保证数据的可靠性；
- 在缓存使用，进程重启后，数据丢失，即使有备用的节点解决高可用性，但是仍然不能解决缓存预热问题，因此不适用于数据可靠性要求高的业务；
- 高性能受限于单核CPU的处理能力（Redis是单线程机制），CPU为主要瓶颈，所以适合操作命令简单，排序、计算较少的场景。也可以考虑用Memcached替代。
80.介绍下Redis多副本（主从）?
Redis多副本，采用主从（replication）部署结构，相较于单副本而言最大的特点就是主从实例间数据实时同步，并且提供数据持久化和备份策略。主从实例部署在不同的物理服务器上，根据公司的基础环境配置，可以实现同时对外提供服务和读写分离策略。
优点：
- 高可靠性：一方面，采用双机主备架构，能够在主库出现故障时自动进行主备切换，从库提升为主库提供服务，保证服务平稳运行；另一方面，开启数据持久化功能和配置合理的备份策略，能有效的解决数据误操作和数据异常丢失的问题；
- 读写分离策略：从节点可以扩展主库节点的读能力，有效应对大并发量的读操作。
缺点：
- 故障恢复复杂，如果没有RedisHA系统（需要开发），当主库节点出现故障时，需要手动将一个从节点晋升为主节点，同时需要通知业务方变更配置，并且需要让其它从库节点去复制新主库节点，整个过程需要人为干预，比较繁琐；
- 主库的写能力受到单机的限制，可以考虑分片；
- 主库的存储能力受到单机的限制，可以考虑Pika；
- 原生复制的弊端在早期的版本中也会比较突出，如：Redis复制中断后，Slave会发起psync，此时如果同步不成功，则会进行全量同步，主库执行全量备份的同时可能会造成毫秒或秒级的卡顿；又由于COW机制，导致极端情况下的主库内存溢出，程序异常退出或宕机；主库节点生成备份文件导致服务器磁盘IO和CPU（压缩）资源消耗；发送数GB大小的备份文件导致服务器出口带宽暴增，阻塞请求，建议升级到最新版本。
