面试问题整理

Redis

应用场景

1. 缓存
2. 共享Session
3. 消息队列系统
4. 分布式锁

单线程的Redis为什么快

1. 纯内存操作
2. 单线程操作，避免了频繁的上下文切换
3. 合理高效的数据结构
4. 采用了非阻塞I/O多路复用机制

Redis 的数据结构及使用场景

1. String字符串:字符串类型是 Redis 最基础的数据结构，首先键都是字符串类型，而且 其他几种数据结构都是在字符串类型基础上构建的，我们常使用的 set key value 命令就是字符串。常用在缓存、计数、共享Session、限速等。
2. Hash哈希:在Redis中，哈希类型是指键值本身又是一个键值对结构，哈希可以用来存放用户信息，比如实现购物车。
3. List列表（双向链表）:列表（list）类型是用来存储多个有序的字符串。可以做简单的消息队列的功能。
4. Set集合：集合（set）类型也是用来保存多个的字符串元素，但和列表类型不一 样的是，集合中不允许有重复元素，并且集合中的元素是无序的，不能通过索引下标获取元素。利用 Set 的交集、并集、差集等操作，可以计算共同喜好，全部的喜好，自己独有的喜好等功能。
5. Sorted Set有序集合（跳表实现）：Sorted Set 多了一个权重参数 Score，集合中的元素能够按 Score 进行排列。可以做排行榜应用，取 TOP N 操作。

Redis 的数据过期策略

Redis 中数据过期策略采用定期删除+惰性删除策略

• 定期删除策略：Redis 启用一个定时器定时监视所有的 key，判断key是否过期，过期的话就删除。这种策略可以保证过期的 key 最终都会被删除，但是也存在严重的缺点：每次都遍历内存中所有的数据，非常消耗 CPU 资源，并且当 key 已过期，但是定时器还处于未唤起状态，这段时间内 key 仍然可以用。
• 惰性删除策略：在获取 key 时，先判断 key 是否过期，如果过期则删除。这种方式存在一个缺点：如果这个 key 一直未被使用，那么它一直在内存中，其实它已经过期了，会浪费大量的空间。
• 这两种策略天然的互补，结合起来之后，定时删除策略就发生了一些改变，不在是每次扫描全部的 key 了，而是随机抽取一部分 key 进行检查，这样就降低了对 CPU 资源的损耗，惰性删除策略互补了为检查到的key，基本上满足了所有要求。但是有时候就是那么的巧，既没有被定时器抽取到，又没有被使用，这些数据又如何从内存中消失？没关系，还有内存淘汰机制，当内存不够用时，内存淘汰机制就会上场。淘汰策略分为：
  1. 当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。（Redis 默认策略）
  2. 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。（LRU推荐使用）
  3. 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。
  4. 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。这种情况一般是把 Redis 既当缓存，又做持久化存储的时候才用。
  5. 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。
  6. 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。

Redis的LRU具体实现：

传统的LRU是使用栈的形式，每次都将最新使用的移入栈顶，但是用栈的形式会导致执行select *的时候大量非热点数据占领头部数据，所以需要改进。Redis每次按key获取一个值的时候，都会更新value中的lru字段为当前秒级别的时间戳。Redis初始的实现算法很简单，随机从dict中取出五个key,淘汰一个lru字段值最小的。在3.0的时候，又改进了一版算法，首先第一次随机选取的key都会放入一个pool中(pool的大小为16),pool中的key是按lru大小顺序排列的。接下来每次随机选取的keylru值必须小于pool中最小的lru才会继续放入，直到将pool放满。放满之后，每次如果有新的key需要放入，需要将pool中lru最大的一个key取出。淘汰的时候，直接从pool中选取一个lru最小的值然后将其淘汰。

如何解决 Redis 缓存雪崩问题

1. 使用 Redis 高可用架构：使用 Redis 集群来保证 Redis 服务不会挂掉
2. 缓存时间不一致，给缓存的失效时间，加上一个随机值，避免集体失效
3. 限流降级策略：有一定的备案，比如个性推荐服务不可用了，换成热点数据推荐服务

如何解决 Redis 缓存穿透问题

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ZooKeeper

CAP定理：

一个分布式系统不可能同时满足以下三种,一致性（C:Consistency）,可用性（A:Available）,分区容错性（P:Partition Tolerance）.在此ZooKeeper保证的是CP，ZooKeeper不能保证每次服务请求的可用性，在极端环境下，ZooKeeper可能会丢弃一些请求，消费者程序需要重新请求才能获得结果。另外在进行leader选举时集群都是不可用，所以说，ZooKeeper不能保证服务可用性。（Base理论CA强一致性和最终一致性）

ZAB协议：

ZAB协议包括两种基本的模式：崩溃恢复和消息广播。当整个 Zookeeper 集群刚刚启动或者Leader服务器宕机、重启或者网络故障导致不存在过半的服务器与 Leader 服务器保持正常通信时，所有服务器进入崩溃恢复模式，首先选举产生新的 Leader 服务器，然后集群中 Follower 服务器开始与新的 Leader 服务器进行数据同步。当集群中超过半数机器与该 Leader 服务器完成数据同步之后，退出恢复模式进入消息广播模式，Leader 服务器开始接收客户端的事务请求生成事物提案来进行事务请求处理。

选举算法和流程：FastLeaderElection(默认提供的选举算法)

目前有5台服务器，每台服务器均没有数据，它们的编号分别是1,2,3,4,5,按编号依次启动，它们的选择举过程如下：

1. 服务器1启动，给自己投票，然后发投票信息，由于其它机器还没有启动所以它收不到反馈信息，服务器1的状态一直属于Looking。
2. 服务器2启动，给自己投票，同时与之前启动的服务器1交换结果，由于服务器2的编号大所以服务器2胜出，但此时投票数没有大于半数，所以两个服务器的状态依然是LOOKING。
3. 服务器3启动，给自己投票，同时与之前启动的服务器1,2交换信息，由于服务器3的编号最大所以服务器3胜出，此时投票数正好大于半数，所以服务器3成为leader，服务器1,2成为follower。
4. 服务器4启动，给自己投票，同时与之前启动的服务器1,2,3交换信息，尽管服务器4的编号大，但之前服务器3已经胜出，所以服务器4只能成为follower。
5. 服务器5启动，后面的逻辑同服务器4成为follower。

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