缓存加速——NoSQL之Redis配置与优化

Posted 2022-02-24 封玖FJ

关系数据库与非关系型数据库

1. 关系型数据库

1. 关系型数据库是一个结构化的数据库，创建在关系模型（二维表格模型）基础上，一般面向于记录
2. SQL语句（标准数据查询语言）就是一种基于关系型数据库的语言，用于执行对关系型数据库中数据的检索和操作
3. 主流的关系型数据库包括Oracle、mysql、SQL Server、Microsoft Access、DB2、postgreSQL等

2. 非关系型数据库

1. NoSQL(NoSQL = Not Only SQL )，意思是“不仅仅是 SQL”，是非关系型数据库的总称
2. 除了主流的关系型数据库外的数据库，都认为是非关系型
3. 主流的NoSQL数据库有 Redis、MongBD、Hbase、Memcached等

关系数据库与非关系型数据库区别

1. 数据存储方式不同

1. 关系型和非关系型数据库的主要差异是数据存储的方式。关系型数据天然就是表格式的，因此存储在数据表的行和列中。数据表可以彼此关联协作存储，也很容易提取数据
2. 与其相反，非关系型数据不适合存储在数据表的行和列中，而是大块组合在一起。非关系型数据通常存储在数据集中，就像文档、键值对或者图结构。你的数据及其特性是选择数据存储和提取方式的首要影响因素

2. 扩展方式不同

1. SQL和NoSQL数据库最大的差别可能是在扩展方式上，要支持日益增长的需求当然要扩展
2. 要支持更多并发量，SQL数据库是纵向扩展，也就是说提高处理能力，使用速度更快速的计算机，这样处理相同的数据集就更快了。因为数据存储在关系表中，操作的性能瓶颈可能涉及很多个表，这都需要通过提高计算机性能来客服。虽然SQL数据库有很大扩展空间，但最终肯定会达到纵向扩展的上限
3. NoSQL数据库是横向扩展的。因为非关系型数据存储天然就是分布式的，NoSQL数据库的扩展可以通过给资源池添加更多普通的数据库服务器(节点)来分担负载

3. 对事务性的支持不同

1. 如果数据操作需要高事务性或者复杂数据查询需要控制执行计划，那么传统的SQL数据库从性能和稳定性方面考虑是你的最佳选择。SQL数据库支持对事务原子性细粒度控制，并且易于回滚事务
2. 虽然NoSQL数据库也可以使用事务操作，但稳定性方面没法和关系型数据库比较，所以它们真正闪亮的价值是在操作的扩展性和大数据量处理方面

非关系型数据库产生背景

1. 可用于应对web2.0纯动态网站类型的三高问题
   1）High performance——对数据库高并发读写要求
   2）Huge Storage——对海量数据高效存储与访问需求
   3）High Scalability && High Availability——对数据库高可扩展性与高可用性需求
2. 关系型数据库和非关系型数据库都有各自的特点与应用场景，两者的紧密结合将会给Web2.0的数据库发展带来新的思路。让关系数据库关注在关系上，非关系型数据库关注在存储上。例如，在读写分离的MySQL数据库环境中，可以把经常访问的数据存储在非关系型数据库中，提升访问速度

总结

1. 关系型数据库：
   实例——数据库——表——记录行、数据字段
2. 非关系型数据库：
   实例——数据库——集合——键值对，不需要手动建数据库和集合（表）

Redis

Redis简介

1. Redis是一个开源的、使用C语言编写的NoSQL数据库
2. Redis基于内存运行并支持持久化，采用key-value（键值对）的存储形式，是目前分布式架构中不可或缺的一环

Redis的单线程模式

1. Redis服务器程序是单进程模型，也就是在一台服务器上可以同时启动多个Redis进程，Redis的实际处理速度则是完全依靠于主进程的执行效率
2. 若在服务器上只运行一个Redis进程，当多个客户端同时访问时，服务器的处理能力是会有一定程度的下降
3. 若在同一台服务器上开启多个Redis进程，Redis在提高并发处理能力的同时会给服务器的CPU造成很大压力
4. 在实际生产环境中，需要根据实际的需求来决定开启多少个Redis进程。若对高并发要求更高一些，可能会考虑在同一台服务器上开启多个进程。若 CPU 资源比较紧张，采用单进程即可

Redis的优点

1. 具有极高的数据读写速度：数据读取的速度最高可达到110000次/s，数据写入速度最高可达到81000次/s
2. 支持丰富的数据类型：支持key-value、Strings、Lists、Hashes、Sets及Sorted Sets等数据类型操作
   1）string ：字符串（可以为整型、浮点型和字符串，通称为元素）
   2）list ：列表（实现队列，元素不唯一，先入先出原则）
   3）set ：集合（各不相同的元素）
   4）hash ：hash散列值（hash的key必须是唯一的）
   5）set/sorted set ：集合/有序集合
3. 支持数据的持久化：可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用
4. 原子性：Redis所有操作都是原子性的
5. 支持数据备份：即master-salve模式的数据备份

Redis的应用场景

Redis作为基于内存运行的数据库，缓存是其最常应用的场景之一。除此之外，Redis常见应用场景还包括获取最新N个数据的操作、排行榜类应用、计数器应用、存储关系、实时分析系统、日志记录

Redis速度快的原因

1. Redis是纯内存结构，避免了磁盘的I/O等耗时操作
2. Redis命令处理的核心模块为单线程，减少了锁竞争，以及频繁创建线程和销毁线程的代价，减少了线程上下文切换的消耗
3. 采用了I/O多路复用机制，大大提升了并发效率
   注：I/O多路复用程序虽然会同时监听多个socket连接，但是其会将监听的socket都放到一个队列里面，然后通过这个队列有序的，同步的将每个socket对应的时间传送到文件事件分派器，再由文件事件分派器给对应的事件处理器进行处理，只有当一个socket所对应的事件被处理完毕之后，I/O多路复用程序才会继续向文件事件分派器传送下一个socket所对应的的事件，这也可以验证上面的结论，处理客户端的命令请求是单线程的方式逐个处理，但是事件处理器内并不是只有一个线程

Redis 安装部署

1. 关闭防火墙和安全功能

systemctl stop firewalld
setenforce 0

2. 编译安装redis

cd /opt/
yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz 

cd /opt/redis-5.0.7/
make && make PREFIX=/usr/local/redis install

3. 执行软件包自带的install_server.sh脚本文件设置redid服务相关配置

cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
……
慢慢回车4次
Please select the redis executable path []
手动输入  /usr/local/redis/bin/redis-server
#要一次性输入正确，不然还要重新执行
Selected config:
Port           : 6379                               #默认侦听端口为6379
Config file    : /etc/redis/6379.conf               #配置文件路径
Log file       : /var/log/redis_6379.log            #日志文件路径
Data dir       : /var/lib/redis/6379                #数据文件路径
Executable     : /usr/local/redis/bin/redis-server  #可执行文件路径
Cli Executable : /usr/local/bin/redis-cli           #客户端命令工具

4. 把redis的可执行程序文件放入路径环境变量的目录中便于系统识别

ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

#当install_server.sh 脚本运行完毕，Redis服务就已经启动，默认侦听端口为6379
netstat -natp | grep redis

#redis服务控制
/etc/init.d/redis_6379 stop             #停止
/etc/init.d/redis_6379 start            #启动
/etc/init.d/redis_6379 restart          #重启
/etc/init.d/redis_6379 status           #状态

5. 修改配置 /etc/redis/6379.conf 参数

vim /etc/redis/6379.conf

#70行;添加;监听的主机地址
bind 127.0.0.1 192.168.163.10               
#93行;Redis默认的监听端口
port 6379                                   
#137行;启用守护进程
daemonize yes                           
#159行;指定 PID 文件
pidfile /var/run/redis_6379.pid             
#167行;日志级别
loglevel notice                             
#172行;指定日志文件
logfile /var/log/redis_6379.log             

/etc/init.d/redis_6379 restart

Redis 命令工具

redis-server        用于启动 Redis 的工具
redis-benchmark     用于检测 Redis 在本机的运行效率
redis-check-aof     修复 AOF 持久化文件
redis-check-rdb     修复 RDB 持久化文件
redis-cli           Redis命令行工具

1. redis-cli 命令行工具

语法：redis-cli -h host -p port -a password

-h  指定远程主机
-p  指定 Redis 服务的端口号
-a  指定密码，未设置数据库密码可以省略-a 选项
若不添加任何选项表示，则使用 127.0.0.1:6379 连接本机上的 Redis 数据库
例：
redis-cli -h 192.168.163.10 -p 6379
#此时无密码，不需要-a直接登陆

2. redis-benchmark 测试工具

redis-benchmark 是官方自带的Redis性能测试工具，可以有效的测试 Redis服务的性能

语法：redis-benchmark [选项]  [选项值]
-h  指定服务器主机名
-p  指定服务器端口
-s  指定服务器socket
-c  指定并发连接数
-n  指定请求数
-d  以字节的形式指定 SET/GET 值的数据大小。
-k  1=keep alive 0=reconnect 
-r  SET/GET/INCR 使用随机 key, SADD使用随机值
-P  通过管道传输请求
-q  强制退出 redis。仅显示query/sec值
–csv    以CSV格式输出
-l  生成循环，永久执行测试
-t  仅运行以逗号分隔的测试命令列表
-I  Idle 模式。仅打开N个idle连接并等待

向 IP 地址为 192.168.163.10、端口为 6379 的 Redis 服务器发送 100 个并发连接与 100000 个请求测试性能
redis-benchmark -h 192.168.163.10 -p 6379 -c 100 -n 100000

测试存取大小为 100 字节的数据包的性能
redis-benchmark -h 192.168.163.10 -p 6379 -q -d 100

测试本机上 Redis 服务在进行 set 与 lpush 操作时的性能
redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q

Redis 数据库常用命令

1. 存放/获取数据——set/get

set：存放数据，命令格式为 set key value
get：获取数据，命令格式为 get key

例：
redis-cli -p 6379

set name zhangsan
get name

2. 结合通配符查看键值列表——keys

#keys   命令可以取符合规则的键值列表，通常情况可以结合*、?等选项来使用。
keys *    #查看当前数据库中所有的数据
keys v*   #查看当前数据库中以v开头的数据
keys v??  #查看当前数据库中以v开头后面包含任意一位的数据
keys v??  #查看当前数据库中以v开头后面包含任意两位的数据

3. 判断键值是否存在——exists

语法：exists  [键]
返回值为1表示存在，0表示不存在

exists name
exists aaaa

4. 删除当前数据库的指定key——del

语法：del  [键]

keys *
del name
keys *

5. 获取key对应的value值类型——type

语法：type  [键]

6. 对已有key进行重命名(覆盖)——rename

命令格式：rename 源key 目标key

使用rename命令进行重命名时，无论目标key是否存在都进行重命名，且源key的值会覆盖目标key的值。
在实际使用过程中，建议先用exists命令查看目标key是否存在，然后再决定是否执行rename命令，以避免覆盖重要数据。

7. 对已有key进行重命名(不覆盖)——renamex

语法：renamex 源key 目标key
#renamenx 命令是对已有key进行重命名，并检测新名是否存在，如果目标 key 存在则不进行重命名（不覆盖）

8 查看当前数据库中key的数目——dbsize

dbsize 命令的作用是查看当前数据库中 key 的数目。
例：
keys *
dbsize

9. 设置密码

#设置密码
config set requirepass password

#查看密码（一旦设置密码，必须先验证通过密码，否则所有操作不可用）
auth 密码
config get requirepass

#删除密码
auth 密码
config get requirepass 

例：
config set requirepass 123456
auth 123456
config get requirepass
quit
redis-cli
keys *
auth 123456
keys *

Redis多数据库之间常用命令

1. Redis支持多数据库，Redis 默认情况下包含 16 个数据库，数据库名称是用数字 0-15 来依次命名的
2. 多数据库相互独立，互不干扰

1. 多数据库间切换

语法：select 序号
使用redis-cli连接Redis数据库后，默认使用的是序号为0的数据库

127.0.0.1:6379> select 6            #切换至序号为6的数据库
127.0.0.1:6379[6]> select 15        #切换至序号为15的数据库
127.0.0.1:6379[15]> select 0        #切换至序号为0的数据库

2. 多数据库间移动数据

格式：move 键值 序号
例：
set name lisi
get name

select 6
get name

select 0
move name 6
get name

select 6
get name

3. 清除数据库内数据

FLUSHDB ：清空当前数据库数据
FLUSHALL ：清空所有数据库的数据，慎用！

Redis 数据类型

String数据类型

概述：String是redis最基本的类型，最大能存储512MB的数据，String类型是二进制安全的，即可以存储任何数据、比如数字、图片、序列化对象等

1. SET/GET/APPEND/STRLEN:
redis 127.0.0.1:6379> exists mykey                      #判断该键是否存在，存在返回1，否则返回0。
(integer) 0     
redis 127.0.0.1:6379> append mykey "hello"              #该键并不存在，因此append命令返回当前Value的长度。
(integer) 5     
redis 127.0.0.1:6379> append mykey "world"              #该键已经存在，因此返回追加后Value的长度。
(integer) 10
redis 127.0.0.1:6379> get mykey                         #通过get命令获取该键，以判断append的结果。
"hello world"
redis 127.0.0.1:6379> set mykey "this is a test"        #通过set命令为键设置新值，并覆盖原有值。
OK
redis 127.0.0.1:6379> get mykey
"this is a test"
redis 127.0.0.1:6379> strlen mykey                      #获取指定Key的字符长度。
(integer) 14