面試：Redis 是單線程，是怎么解決高并發問題的
你好，我是強壯的病貓，在這里分享面經。這不，最近又面了一家公司，又是被虐，有幾道題貓哥一時語塞，今天分享給你，以后碰到這類問題時可以試試反虐。
首先，得說下，無論哪一次面試，貓哥必然會被問到兩個問題：
2-5 分鐘的自我介紹。如果是外企或跨國企業或大廠，如果你能用英文流暢的自我介紹，必然是加分項，朋友們，離開校園后，英語的學習可別放棄。
你印象最深刻的一次問題解決經歷，或者說你最有成就感的一次經歷。這個通過你的描述，看看你對技術的興趣，看看你解決問題的方法論，當然還有口語表達能力。
這兩個問題還沒有哪次面試不遇到的，要面試的同學，可要好好準備，多排練下，人生如戲，全靠演技。
然后，說下這次遇到的幾個問題：
1. uWSGI 生產環境的配置有兩種方式一種是 socket，一種是 http，兩種方式有什么區別?為什么你用 socket 而不用 http?
我當時直接說這個不太清楚為什么 socket 更好。一臉懵逼，懊惱自己當時只顧著這樣用卻不多想一下為什么要這樣用。
參考回答：
通常情況下，Nginx 與 uWSGI 一起工作，Nginx 處理靜態文件，將動態的接口請求轉發給 uWSGI。這就是涉及 Nginx 與 uWSGI 以何種協議進行通信，Nginx 的 uwsgi_pass 選項告訴它使用特殊的 uWSGI 協議，而這種協議就是 uWSGI 的套接字使用的默認協議。
uwsgi.ini 示例：
- [uwsgi]
- master = true
- chdir= /root/KeJiTuan/rearEnd
- socket = :8000
- #http = :8000
- socket = %(chdir)/uwsgi.socket
- wsgi-file = rearEnd/wsgi.py
- processes = 1
- threads = 4
- virtualenv = /root/KeJiTuan/env
- static-map = /static=/root/KeJiTuan/frontEnd/dist/static
- stats = %(chdir)/uwsgi.status
- pidfile = %(chdir)/uwsgi.pid
- daemonize = %(chdir)/uwsgi.log%
如果你使用 http 選項配置 uWSGI，這樣 uWSGI 本身就可以對外提供 http 服務，不會做任何有用的事情，這樣的話，就需要將 NGINX 配置為使用 HTTP 與 uWSGI 對話，并且 NGINX 將不得不重寫標頭以表示它正在代理，并且最終會做更多的工作，因此性能不如 socket 方式。
也就是說，配置為 socket 其實用的就是 TCP 協議，配置為 http 用的就是 HTTP 協議，TCP 是傳輸層協議，更底層，程序處理的報文更小，性能更快，而 HTTP 是建立在 TCP 之上的應用層協議，需要處理更多的報文封裝與解碼。
因此生產環境 uWSGI 首選 socket 配置。
2. redis 是單線程，是怎么解決高并發問題的?
這個我當時是這樣回答的：單線程想高并發，就是用到了類似 nginx 的事件循環之類的技術。
參考回答：
redis 是基于內存的，內存的讀寫速度非常快(純內存); 數據存在內存中，數據結構用 HashMap，HashMap 的優勢就是查找和操作的時間復雜度都是 O(1)。
redis是單線程的，省去了很多上下文切換線程的時間(避免線程切換的資源消耗)。
redis 使用 I/O 多路復用技術，可以處理高并發的連接(非阻塞I/O)。(如果你懂 I/O 多路復用，可以展開講一講，展示你鉆研的深度)
寫到這里，貓哥自己也產生了疑問，什么是事件循環，什么是 I/O 多路復用，兩者有什么關系?于是找了找學習資料，整理如下，如有反對意見，請文末留言討論。
事件循環是一種編程范式，通常，我們寫服務器處理模型的程序時，有以下幾種模型：
(1)每收到一個請求，創建一個新的進程，來處理該請求;(2)每收到一個請求，創建一個新的線程，來處理該請求;(3)每收到一個請求，放入一個事件列表，讓主進程通過非阻塞 I/O 方式來處理請求;
第三種，就是事件驅動的方式，比如 Python 中的 協程就是事件循環，也大多數網絡服務器采用的方式比如 Nginx。
比如說 javascript 吧，一大特點就是單線程，那為什你沒有覺得瀏覽器中的 javascript 慢呢?肯定沒有，對吧，因為 javascript 在處理 DOM 時也用到了事件循環。
單線程就意味著，所有任務需要排隊，前一個任務結束，才會執行后一個任務。如果前一個任務耗時很長，后一個任務就不得不一直等著。但是如果任務是計算型任務，CPU 忙不過來，等就等了，如果是 I/O 型任務，主線程完全可以不管 I/O 設備，而是掛起處于等待中的任務，先運行排在后面的任務。等到 I/O 設備返回了結果，把掛起的任務繼續執行下去。
也就是說主線程之外，有一個任務隊列，只要異步任務(異步 I/O)有了結果，就在任務隊列中放置一個事件，主線程中任務執行完就會去任務隊列取出有結果的異步任務執行，具體過程如下圖所示：
因為整個過程是不斷循環的，這種運行機制又稱事件循環。到這里，相信你已經對事件循環有一個比較清晰的印象了。
那什么是 I/O 多路復用?這里借用下知乎的高贊回答：
作者：柴小喵 鏈接：https://www.zhihu.com/question/28594409/answer/52835876 來源：知乎。
下面舉一個例子，模擬一個 tcp 服務器處理 30 個客戶 socket。假設你是一個老師，讓 30 個學生解答一道題目，然后檢查學生做的是否正確，你有下面幾個選擇：1. 第一種選擇：按順序逐個檢查，先檢查 A，然后是 B，之后是 C、D。。。這中間如果有一個學生卡住，全班都會被耽誤。這種模式就好比，你用循環挨個處理 socket，根本不具有并發能力。2. 第二種選擇：你創建 30 個分身，每個分身檢查一個學生的答案是否正確。這種類似于為每一個用戶創建一個進程或者線程處理連接。3. 第三種選擇，你站在講臺上等，誰解答完誰舉手。這時 C、D 舉手，表示他們解答問題完畢，你下去依次檢查 C、D 的答案，然后繼續回到講臺上等。此時 E、A 又舉手，然后去處理 E 和 A。。。這種就是 I/O 復用模型，Linux 下的 select、poll 和 epoll 就是干這個的。將用戶 socket 對應的 fd 注冊進 epoll，然后 epoll 幫你監聽哪些 socket 上有消息到達，這樣就避免了大量的無用操作。此時的 socket 應該采用非阻塞模式。這樣，整個過程只在調用 select、poll、epoll 這些調用的時候才會阻塞，收發客戶消息是不會阻塞的，整個進程或者線程就被充分利用起來，這就是事件驅動。
也就是說 select、poll、epoll 都是 I/O 多路復用的機制，區別如下
說到這里，你應該明白了，事件循環是一種編程范式，很多場景都可以這樣來設計代碼，而 I/O 多路復用是一種 I/O 模型，是操作系統提供的一種機制，與進程、線程的概念是等價的，也就是說現代操作系統提供三種并發機制：
- 多進程
- 多線程
- I/O 多路復用
而 I/O 多路復用中的 epoll 用到了事件驅動，使得連接沒有上限，提升了并發性能。
3. HTTP 中的 Keep-Alive 起什么作用，是怎么實現的?
參考回答：
HTTP 是建立在 TCP 之上的，每次建立連接，都要經歷三次握手，每次斷開鏈接都要四次揮手，建立和斷開連接的成本都很高。
Keep-Alive 是一個通用消息頭，允許消息發送者暗示連接的狀態，還可以用來設置超時時長和最大請求數。
- HTTP/1.1 200 OK
- Connection: keep-alive
- Content-Encoding: gzip
- Content-Type: text/html; charset=utf-8
- Date: Thu, 11 Aug 2016 15:23:13 GMT
- Keep-Alive: timeout=5, max=1000
- Last-Modified: Mon, 25 Jul 2016 04:32:39 GMT
- Server: Apache
Keep-Alive 使客戶端到服務器端的連接持續有效，當出現對服務器的后繼請求時，Keep-Alive 功能避免了建立或者重新建立連接。現在的 Web 服務器，基本上都支持 HTTP Keep-Alive，Keep-Alive 帶來以下優勢：
- 較少的CPU和內存的使用(由于同時打開的連接的減少了)
- 允許請求和應答的 HTTP 流水線
- 降低擁塞控制 (TCP連接減少了)
- 減少了后續請求的延遲(無需再進行握手)
- 報告錯誤無需關閉 TCP 連接
劣勢：
保持連接會讓某些不必要的連接也占用服務器的資源，比如單個文件被不斷請求的服務(例如圖片存放網站)，Keep-Alive 可能會極大的影響性能，因為它在文件被請求之后還保持了不必要的連接很長時間。
HTTP Keep-Alive 是怎么實現的?
客戶端發送 connection:Keep-Alive 頭給服務端，且服務端也接受這個Keep-Alive 的話，兩邊對上暗號，這個連接就可以復用了，一個 HTTP 處理完之后，另外一個 HTTP 數據直接從這個連接走了。
當要斷開連接時可以加入 Connection: close 關閉連接，當然也可以設置Keep-Alive 模式的屬性，例如 Keep-Alive: timeout=5, max=100，表示這個TCP通道可以保持 5 秒，max=100，表示這個長連接最多接收 100 次請求就斷開。
但是如果開啟了 Keep-Alive模式，那么客戶端如何知道某一次的響應結束了呢?
以下有兩個方法：
如果是靜態的響應數據，可以通過判斷響應頭部中的 Content-Length 字段，判斷數據達到這個大小就知道數據傳輸結束了。
但是返回的數據是動態變化的，服務器不能第一時間知道數據長度，這樣就沒有 Content-Length 關鍵字了。這種情況下，服務器是分塊傳輸數據的，Transfer-Encoding：chunk，這時候就要根據傳輸的數據塊 chunk 來判斷，數據傳輸結束的時候，最后的一個數據塊 chunk 的長度是 0。
最后的話
面完后，貓哥就把自己回答的不是很好的問題記下來，然后去搜索一番，總結出來希望能幫到你，貓哥后續會不定期分享面試經驗，如果有收獲，不妨關注、在看、點贊支持一波。
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