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秋招突击——第七弹——Redis快速入门

文章目录

    • 引言
      • Redis是什么
    • 正文
      • 对象
        • String字符串
          • 面试重点
        • List
          • 面试考点
        • 压缩列表ZipList
          • 面试题
        • Set
          • 面试题讲解
        • Hash
          • 面试重点
        • HASHTABLE底层
          • 面试考点
        • 跳表
          • 面试重点
        • ZSET有序链表
          • 面试重点
    • 总结

引言

  • 在项目和redis之间,我犹豫了一下,觉得还是了解学习一下redis,毕竟这个不会,项目哪里就缺了一块,这里先整体过完一遍。

Redis是什么

核心

  • 内存存储,KV存储

解决什么问题

  • 常用于缓存、消息中转、数据流引擎

Base理论

  • 基本可用
  • 软状态
  • 最终一致性

正文

对象

  • 常见的五个对象
    • String字符串
    • List列表
    • Set集合
    • Hash哈希表
    • Sorted Set有序集合
String字符串

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  • 对象编码的三种格式
    • INT
    • EMBSTR:字符串长度比较小的时候,有一个对象的头和对象的内容,分配的时候在一块
    • RAW:字节头和内容是分开的,适合存储大容量数据

是以阈值来进行判断是使用EMBSTR还是RAW保存
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  • sdshdr简单动态字符串

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  • 1MB取一个最小值
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面试重点

EMBSTR一次性分配空间

  • 重新分配,整体需要再分配,所以EMBSTR是只读的,任何写操作之后的EMBSTR都会变成RAW
    • 主要是改过的,都是易变的

set一个已有的数据会发生什么?

  • 同类型的话,会覆盖键或者擦除数据

浮点型数据在string会用什么表示

  • 将浮点数转换为字符串保存的值,浮点数不是INT

string可以有多大

  • Redis字符串最大是512MB

Redis字符串是怎么实现的?

  • INT,EMBSTR,RAW,阈值是44

SDS有什么用?

  • Redis是使用C语言写的
  • 1.SDS包含已使用容量字段0(1)时间快速返回有字符串长度,相比之下,C原生字符串需要O(n)。
  • 2.有预留空间,在扩容时如果预留空间足够,就不用再重新分配内存,节约性能,缩容时也可以将减少的空间先保留下来,后续可以再使用。
  • 3.不再以’0’作为字符串结束判断标准,二进制安全,可以很方便地存储一些二进制数据
List

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异步删除

  • del命令会同步删除,阻塞客户,直到删除完成
  • unlink异步删除命令,只会取消key在键空间中的关联,然后再删除
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  • 压缩链表ZipList
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  • 链表LiskedList
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  • 快表Quicklist
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面试考点

怎么获得List指定范围内的数据

  • 使用Lrange命令,参数为start和stop,lrange是从0开始的

删除特定的元素

  • LREM testlist key 1;

底层编码方式是什么样的?

  • List对象的编码全部由QUICKLIST实现QUICKLIST是一个压缩列表组成的双向链表,结合了ZIPLIST和LINKEDLIST两者的优点
压缩列表ZipList

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**zlbytes**:
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  • 连锁更新:因为数据和数据之间的耦合度太高了,一个改变了,另外一个也会改变,这里使用ListPack改变这个问题

Listpack结局连锁更新
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面试题

ZIPList有什么优点

  • 节约内存,访问满足局部性原则, 执行效率更快

ZIPList怎么压缩数据的

  • 结构头:记录了字节数、开始位置、节点个数
  • 数据部分:记录了上一个节点的长度,内容编码,内容本身
  • 结尾标志:最后一个有1字节的结尾标识

ZIPList支持从后往前遍历吗

  • 双端,使用prelen上一个节点的长度进行遍历

ZIPList如何从前往后遍历

  • encoding包含了字符串或者整型的长度信息,使用该信息从前向后遍历

连锁更新是什么问题

  • ZIPList是每一个节点都会记录上一个节点的长度,如果上一个节点小于255字节,这个记录字段就是1字节,否则就是5字节
  • 由于更新某一个节点,会导致长度变化,如果从255以内,变得超过了255,会影响下一个节点的长度。

如何解决连锁更新

  • 使用ListPack解决,每一个节点是记录自身的长度,并且上一个节点用来记录的字段和当前的节点是邻接的,所以通过特殊字段向前遍历实现。
Set

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编码模式
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面试题讲解

set是有序的吗

  • set的底层实现是整数集和HASHTABLE,前者是有序的,后者是无序的

求两个set的交集

  • SINNER SETA SETB

set的编码格式

  • Set使用整数集合和字典作为底层编码,当元素都是整数同时元素个数不超过512个,会使用整数集合编码,否则使用字典编码,

为什么使用两中编码原因

  • Set的底层编码是整数集合和字典,当元素数量小并且全部是整数的时候,会使用整数集合编码,更加的节约内存。元素数量变大会使用字典编码,查找元素的速度会更快。
Hash

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底层实现原理

  • 数据量小,查询更快,使用ZIPLIST
  • 数据量大,使用HASHTABLE
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面试重点

HASH的编码方式

  • ZIPLIST:元素较小,并且单个元素较少的情况
  • HASHTABLE:元素较多,并且单个元素很多的情况

HASH为什么使用两种编码方式

  • 采用两种编码方式的原因是ZIPLIST更节约内存,所以在小数据量时使用。而数据多起来了,需要HASHTABLE提高更高的查找性能、更新性能
HASHTABLE底层
  • 补充一个,还有上面的HASH数据结构

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具体代码
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  • rehashidx表示当前表格是否再使用,触发扩容之后,这个状态就变为0
    • 有针对字典的操作,就会移动复制一次对应的元素
  • 注意查找和新增的操作
    • 查询是在零表
    • 增加是新表
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渐进式扩容

  • 有对于字典的请求,就执行一次复制,迁移复制一个key-value
  • 最后记得恢复最终的表格,是h[0]指向迁移之后的元素

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扩容和缩容的时间

  • 负载因子为k,那么k=ht[0].used/ht[0].size
  • 扩容:
    • 1.负载因子大于等于1,说明此时空间已经非常紧张。新数据是在链表上叠加的,越来越多的数据如果此时服务器没有执行BGSAVE或者BGREWRITEAOF这两个复制命令,就会发生扩容。
    • 2.负载因子大于5,这时候说明HASHTABLE真的已经不堪重负了,此时即使是有复制命令在进行也要进行Rehash扩容。
  • 缩容:
    • 1.当负载因子小于0.1,即负载率小于10%,此时进行缩容,新表大小为第一个大于等于原表used的2次方幂,缩容也受复制命令影响。
面试考点

查看HASHTABLE中所有元素数量的计算时间复杂度是多少?

  • 有一个used字段,时间复杂度是O(1)

一个数据在HASHTABLE中的存储位置,是怎么计算的?

  • 通过hash函数计算出key的哈希值,然后与哈希掩码做与运算,得到索引值,索引值就是在HASHTABLE中的存储位置。

HASHTABLE如何扩容

  • 渐进式Rehash操作来完成
  • 首先程序会为HASHTABLE的1号表分配空间,空间大小是第一个大于等于0号表大小*2的2^n。在rehash进行期间,标记位rehashidx从0开始,每次对字典的键值对执行增删改查操作后,都会将rehashidx位置的数据迁移到1号表,然后将rehashidx加1,随着字典操作的不断执行,最终0号表的所有键值对都会被rehash到1号表上。之后,1号表会被设置成0号表,接着在1号表的位置创建一个新的空白表。

什么时候扩容?什么时候缩容?
扩容

  • 当以下两个条件中的任意一个被满足时,哈希表会自动开始扩容:
  • 服务器目前没有在执行BGSAVE或者BGREWRITEAOF,并且负载因子>=1服务器目前正在执行BGSAVE或者BGREWRITEAOF,并且负载因子>=5
    缩容
  • 当哈希表的负载因子小于0.1时,程序会自动开始对哈希表进行收缩操作。
跳表
  • 和树的查询效率一样,是logn
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    跳表查询数据的过程
  • 高级索引产生是随机的
  • 二级索引跳跃的距离较长,一级索引短一点,普通索引,最短
  • 找35,通过二级索引,一次就行。
  • 找45,通过二级索引,找到35,再找以及索引,就找到45
  • 总结
    • 超过目标值,索引降级重新查找
    • 小于目标值,继续使用高级索引

插入节点的方式

  • 时间复杂度是logn
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Redis中的跳表设定

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具体实现
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层高是怎么确定的
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面试重点

跳表是什么?和普通的链表有什么区别?

  • 跳表也算链表,不过相对普通链表,增加了多级索引,通过索引可以实现O(logN)的元素查找效率。

跳表的查找过程

  • 从高级索引往后查找,如果下个节点的数值比目标节点小,则继续找,否则不跳过去,而是用下级索引往下找

调表查询节点总数的时间复杂度

  • O(1),表头结构中定义了统计节点数量的字段

跳表中一个结点的层高是怎么定义的

  • 跳表在插入新节点之前会计算一个随机的层高,具体来说,跳表的每一个节点一开始默认都是1层,然后每增加一层的概率都是 25%,在5.0.5版本最高为64层

插入一条数据的时间复杂度

  • logN
  • 查找类似二分查找,平均时间复杂度就是logN

跳表插入数据会影响其他节点的层高吗

  • 不会的,节点层高在创建时就确认的,新插入的节点,只会影响每一层的前一跳和后一跳的关联指针。
ZSET有序链表

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重在于对文档敲一敲,即使部队这文档也能够顺利使用

底层编码格式

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底层编码的具体实现

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跳表:范围查找
HASHTABLE:提供按成员查找分数的能力
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面试重点

Zset如何添加元素?如何移除元素

  • zadd和zrem实现

Zset如何从大到小查找范围

  • zrange从小到大查找,zrevrange逆序查找

Zset底层编码的方式

  • ZSet就是有序集合对象,ZSet对象的底层有两种编码方式:ziplist或者如果一个ZSet对象中的所有元素同时满足:元素数量小于128个 以及 所有元素成员的长度都小于64字节,那么会使用ziplist编码,否则使用 skiplist+字典 编码。

Zset计算总的元素数的时间复杂度

  • 无论是ZIPLIST编码,还是SKIPLIST的编码,查询节点总数的平均时间复杂度都是O(1),因为对应结构的表头结构中都定义了一个保存节点数量的字段,查询节点总数时会直接返回这个字段。

Zset为什么要使用两种编码方式实现

  • hash使用单值查找,跳表使用的是范围查询

Zset为什么不使用B+树,而是使用跳表

  • B+树的数据都存在叶子节点中,而且它是多叉树层,这两个特点使得它适合磁盘存储。而Redis是一个内存数据库,B+树层高低的优势荡然无存,所以选择了实现更加简单的跳表。
  • 而且跳表的插入性能更高,虽然两者的插入平均时间复杂度相当,但是跳表插入数据后只需要修改前进和后退指针即可,而B+树还需要维护树的平衡,细节上有额外开销

总结

  • 这是redis的基础对象已经学完了,后面的东西就是跳着学习了,得加快进度了,这个周末是要把redis差不多学习完的。

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