1. 什么是 Redis？
Redis（Remote Dictionary Server）是一款开源的内存数据存储系统，它广泛应用于缓存、会话存储、消息队列等场景。它的核心特点包括：
- 键值对存储：Redis 使用简单的键值对模型存储数据，每个键都可以关联不同的数据类型。
- 内存存储：所有数据都保存在内存中，提供了非常快速的读写操作。
- 持久化支持：Redis 支持数据持久化（RDB 和 AOF），即使在系统崩溃时，数据也可以恢复。
- 丰富的数据结构：除了常见的字符串（String），Redis 还支持哈希（Hash）、列表（List）、集合（Set）、有序集合（Zset）等数据结构。
2. Redis 架构和设计
Redis 的架构设计简单而高效。它采用了单线程模型，通过事件循环处理所有的请求，避免了多线程带来的上下文切换开销。
单线程模型
虽然许多数据库使用多线程来并发处理多个请求，但 Redis 的单线程模型通过事件驱动和非阻塞 I/O 实现了高效的并发操作。Redis 的单线程能够避免多线程带来的上下文切换开销，从而提高了性能。
数据持久化
- RDB（Redis DataBase）：通过快照的方式将数据保存到磁盘，适用于容灾备份。
- AOF（Append-Only File）：记录每个写操作的日志，能够提供更精细的持久化控制。通过重写日志文件，减少文件大小。
Redis 的高可用性和扩展性
主从复制
Redis 支持主从复制（master-replica），即将数据从主节点同步到从节点，从而提高数据的可靠性和读取性能。(参考Redis replication)
Sentinel 高可用性
Redis Sentinel 是 Redis 的高可用性解决方案，它提供了自动故障转移、监控和通知等功能。在 Sentinel 的帮助下，Redis 能够在主节点故障时自动切换到从节点，保证系统的高可用性。(参考Redis Sentinel)
Redis 集群
Redis 集群是 Redis 提供的分布式解决方案，通过分片的方式将数据分布到多个节点中，从而实现数据的水平扩展。Redis 集群具有自动分片、自动故障转移和高可用性等特点。(参考Redis Cluster)
3. Redis 的常见数据类型
Redis 支持多种数据类型(参考Redis 数据类型)，开发者可以根据不同的需求选择最合适的数据结构来存储数据, 下面是 5 种最基本的数据类型：
- String：字符串类型，支持各种操作，如设置值、获取值、递增递减等。
- Hash：哈希类型，适用于存储对象数据，键值对的结构可以用于存储和操作复杂的数据。
- List：列表类型，提供类似队列的功能，支持从两端插入和删除元素。
- Set：集合类型，支持无重复元素的集合操作，适合用于去重和集合操作。
- Zset（有序集合）：为每个元素关联一个分数，可以根据分数排序元素，适用于排行榜等场景。
4. Redis 的缓存策略与淘汰策略
缓存过期策略
Redis 提供了多种缓存过期策略，如：
- 定时过期：每个键值对都可以设置一个过期时间，过期后会自动删除。
- 惰性删除：当访问某个键时，如果发现它已过期，则删除它。
- 定期删除：Redis 会周期性地检查所有带有过期时间的键，并删除过期的键。
缓存淘汰策略(Eviction Strategies)
当 Redis 的内存使用达到限制时，它会根据一定的策略淘汰一些数据。淘汰思路有 3 种：
- LRU（Least Recently Used）：淘汰最近最少使用的键。
- LFU（Least Frequently Used）：淘汰最不常用的键。
- 随机淘汰：随机删除某个键。
详细的淘汰策略:
- noeviction：当内存不足时，新写入操作报错（默认策略）。
- allkeys-lru：在所有键中，淘汰最近最少使用的键。
- volatile-lru：仅对设置了过期时间的键，淘汰最近最少使用的键。
- allkeys-lfu：在所有键中，淘汰使用频率最低的键。
- volatile-lfu：仅对设置了过期时间的键，淘汰使用频率最低的键。
- allkeys-random：随机淘汰任意键。
- volatile-random：仅对设置了过期时间的键，随机淘汰。
- volatile-ttl：优先淘汰剩余生存时间（TTL）最短的键。
5. Redis 的应用场景
Redis 在各种实际应用中得到了广泛使用，以下是几个典型的应用场景：
- 缓存：Redis 被广泛用于缓存中间层，将频繁访问的数据存储在内存中，减少数据库的访问压力，提高系统的响应速度。
- 消息队列：Redis 的列表数据类型非常适合用作消息队列，支持高效的推送和弹出操作。
- 会话管理：Redis 可以用作会话存储，支持大规模的并发访问，并提供高效的读写操作。
- 排行榜：Redis 的有序集合（Zset）非常适合用于实现排行榜功能，通过分数来排序用户或物品。
6. Redis 的常见问题
为什么 Redis 是单线程的？
尽管 Redis 是单线程的，但它能够通过事件循环和非阻塞 I/O 高效地处理并发请求。Redis 的设计避免了多线程的上下文切换开销，同时通过 I/O 多路复用技术，能够在一个线程中处理大量的请求。
Redis 中的缓存穿透和缓存雪崩怎么解决？
- 缓存穿透：指查询不存在的数据并导致每次都访问数据库。可以通过使用布隆过滤器或设置不存在的键的默认值来避免。
- 缓存雪崩：指大量的缓存同时过期，导致大量请求直接访问数据库。可以通过设置不同的缓存过期时间、使用互斥锁等方法来避免。