结丹期

8. Redis 如何实现高可用？主从复制的原理是什么？

Redis 高可用 是通过 主从复制 实现的，允许一个主节点（Master）处理写操作，多个从节点（Slave）进行读操作。

主从复制的原理

  • 主节点：处理所有写请求，并将数据变更记录发送给从节点。

  • 从节点：实时复制主节点的数据变更，保持与主节点数据的一致性。

  • 复制机制：

    • 全量复制：当从节点第一次连接主节点时，会请求一个快照（RDB 文件）并加载数据。

    • 增量复制：当从节点接收到主节点的快照后，主节点继续发送新的写入命令，从节点按顺序执行命令进行同步。

高可用性实现

  • 如果主节点宕机，可以手动或自动（通过 Redis Sentinel）将某个从节点提升为新的主节点，确保服务持续可用。

9. 什么是 Redis 事务？如何在 Redis 中使用事务？

Redis 的 事务 是一组命令的集合，事务中的命令按顺序执行，确保所有命令要么全部执行，要么都不执行。

Redis 事务的原子性体现在 队列化执行 上，而不具备回滚机制。

事务的使用方式

  • 开启事务：通过 MULTI 命令开启事务。

  • 命令入队：在事务内执行的所有命令会进入一个队列，等待执行。

  • 执行事务：通过 EXEC 命令提交事务，执行队列中的所有命令。

  • 取消事务：在 EXEC 执行之前，可以使用 DISCARD 命令取消事务。

示例：

MULTI
SET user:1 "Alice"
INCR visits
EXEC

在事务中，Redis 将 SET 和 INCR 命令入队，执行 EXEC 后，Redis 会依次执行这两条命令。

10. 如何在 Redis 中使用 Lua 脚本？它的优势是什么？

Redis 支持在服务端运行 Lua 脚本，可以在一次请求中执行多条 Redis 命令，从而减少客户端与 Redis 之间的网络开销。

Lua 脚本的优势

  • 原子性：Lua 脚本中的所有 Redis 命令作为一个整体执行，确保原子性。

  • 减少网络开销：通过在服务端执行脚本，避免多次往返的网络请求，提高性能。

  • 复杂逻辑处理：可以在 Lua 脚本中实现复杂的业务逻辑，而无需在客户端逐步执行多个命令。

使用示例

EVAL "return redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1])" 1 key1 value1

该 Lua 脚本通过 redis.call 执行 Redis 的 SET 命令，将 key1 的值设置为 value1。

11. Redis 中的持久化机制 RDB 和 AOF 有什么区别？

RDB：

  • 工作方式：定期生成数据库的快照，并保存到磁盘中。

  • 优点：占用磁盘小，适合数据备份和快速恢复。

  • 缺点：可能会丢失最后一次备份后新增的数据。

AOF：

  • 工作方式：记录每次写操作，追加到日志文件中，通过重放日志恢复数据。

  • 优点：可以更频繁地持久化数据（每秒一次或每次写入），数据丢失风险较小。

  • 缺点：文件比 RDB 大，恢复速度较慢。

12. 什么是 Redis 的哨兵（Sentinel）模式？如何通过哨兵实现高可用性？

Redis 哨兵模式 是 Redis 高可用的关键组件。

它通过监控 Redis 实例的状态，实现主从节点的自动故障转移和恢复。

哨兵的主要功能

  • 监控：持续监控主节点和从节点，检查它们是否正常运行。

  • 自动故障转移：当检测到主节点宕机时，Sentinel 会从从节点中选举出一个新的主节点，并通知其他从节点进行同步。

  • 通知客户端：Sentinel 还负责通知客户端新主节点的地址，确保读写请求能继续。

配置 Redis 哨兵

sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2

配置哨兵监控名为 mymaster 的主节点，哨兵在检测到两个哨兵实例认为主节点不可用时，会进行故障转移。

13. 如何使用 Redis 实现分布式锁？Redis 分布式锁的优势和劣势是什么？

Redis 可以通过 SETNX（Set if Not Exists） 和 EXPIRE 命令实现 分布式锁，确保在分布式环境中多个客户端不会同时执行同一个关键操作。

实现分布式锁

  • 加锁：使用 SETNX 命令设置一个键，并使用 EXPIRE 给该键设置过期时间，防止死锁。

  • 解锁：操作完成后，使用 DEL 命令删除锁定的键。

      SETNX lock_key "lock_value"
  EXPIRE lock_key 10  # 设置过期时间为 10 秒

优势

  • 简单高效：Redis 操作的速度非常快，适合实现轻量级的分布式锁。

  • 分布式支持：Redis 天生支持分布式系统，便于扩展锁机制。

劣势

  • 单点故障：如果 Redis 节点宕机，可能会导致锁丢失或数据不一致。

  • 锁的强一致性保证较弱：即使设置了过期时间，也可能出现因网络分区等原因导致锁失效的情况。可以通过 RedLock 算法 增强分布式锁的一致性和可靠性。

14. Redis 集群（Cluster）模式是什么？它是如何工作的？

Redis 集群模式 是 Redis 的一种分布式部署方式，旨在解决单节点内存限制和单点故障问题。

它将数据分片存储在多个节点上，并实现节点间的自动故障转移。

Redis 集群的工作原理

  • 数据分片：Redis 集群将数据通过哈希槽（hash slot）分布到不同的节点上，每个节点负责存储一部分数据。

    整个集群中有 16384 个哈希槽，节点根据键的哈希值将数据分片到不同节点。

  • 主从架构：每个主节点负责存储部分数据，每个主节点下可以有多个从节点，从节点用于同步主节点的数据，并在主节点宕机时接管它的职责。

  • 故障转移：当某个主节点宕机时，集群中的其他节点会选举一个从节点作为新的主节点。

优点

  • 水平扩展：通过增加节点，可以轻松扩展 Redis 集群的存储容量和处理能力。

  • 自动故障恢复：当主节点宕机时，从节点可以自动接管，确保数据的高可用性。

配置 Redis 集群

redis-cli --cluster create 192.168.0.1:6379 192.168.0.2:6379 192.168.0.3:6379 --cluster-replicas 1

此命令创建了一个包含 3 个主节点和 3 个从节点的 Redis 集群。

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