Redis

Posted 2021-08-30 水木，年華

Redis

• 一、关系数据库与非关系型数据库
• • 1.1 关系型数据库(SQL)
  • 1.2 非关系型数据库(nosql)
  • 1.3 关系型数据库和非关系型数据库区别
  • 1.4 非关系型数据库产生背景
  • 1.5 关系型和非关系型数据库小结
• 二、Redis概述
• • 2.1 redis 简介
  • 2.2 Redis服务器程序是单进程模型
  • 2.3redis单进程模型的原因
  • 2.4 Redis的优点
• 三.部署步骤
• • 3.1Redis安装部署
  • 3.2 Redis命令工具
  • 3.2 redis-cli 命令行工具(远程登陆)
  • 3.3 redis-benchmark 测试工具
  • 3.4 Redis数据库常用命令
• 四、Redis 高可用
• 五、Redis持久化
• 六、RDB持久化
• • 6.1 触发条件

一、关系数据库与非关系型数据库

1.1 关系型数据库(SQL)

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（E-R图)，一般面向于记录。
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。
主流的关系型数据库包括Oracle、mysql、SQL Server、Microsoft Access、DB2等。
E-R图:实体-关系-属性
关系型数据库:主要以二维表结构方式存储数据/实体属性，同时相互关联的一种数据库类型

1.2 非关系型数据库(nosql)

NoSQL (NoSQL=Not Only sQL)，意思是"不仅仅是SQL"，是非关系型数据库的总称。除了主流的关系型数据库外的数据库，都认为是非关系型。
主流的NoSQL数据库有Redis、MongBD、Hbase、Memcached Postgresql (pg)等。TSDB 时序数据:起步不是IT

1.3 关系型数据库和非关系型数据库区别

①数据存储方式不同
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。
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（一个小的块存储单元）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。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。
关系型:依赖于关系模型E-R图，同时以表格式的方式存储数据
非关系型:除了以表格形式存储之外，通常会以大块的形式组合在一起进行存储数据
②扩展方式不同
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。
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克服。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。
而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。

关系:纵向(天然表格式)
非关:横向(天然分布式)

③对事务性的支持不同
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最佳选择。SQL数据库支持对事务ACID原子性细粒度控制，并且易于回滚事务。
虽然NoSQL数据库也可以使用事务操作，但稳定性上面没法和关系型数库比较，所久他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。
关系型:特别适合高事务性要求和需要控制执行计划的任务
非关系:此处会稍显弱势，其价值点在于高扩展性和大数据量处理方面

1.4 非关系型数据库产生背景

可用于应对web2.0纯动态网站类型的三高问题。
①High performance-------对数据库高并发读写需求
②Hugestorage--------------对海量数据高效存储与访问需求
③High Scalability && High Availability------- 对数据库高可扩展性与高可用性需求

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。

关系数据库:保存位置 磁盘
非关数据库（内存/缓存数据库):保存的位置是缓存/内存（效率、速度块〉特殊的是redis，因为redis可以将内存中的数据保存在磁盘中

高热数据保存在resis中，当web服务器过来访问的时候，读取redis中的高热数据。如果redis中没有数据，再从mysql数据库中读取数据。

Mysql  高热数据——》redis
web ——》redis——》mysql
类型：CPU——》内存/缓存—》磁盘

1.5 关系型和非关系型数据库小结

关系型数据库:
实例->数据库->表(table)->记录行(row)、数据字段(column)—》存储数据
非关系型数据库:
实例->数据库-→>集合(collection) -->键值对(key-value)
workdir=/usr/ local/mysql

非关系型数据库不需要手动建数据库和集合(表)。

二、Redis概述

2.1 redis 简介

Redis是一个开源的、使用C语言编写的NoSQL数据库。
Redis基于内存运行并支持持久化(支持存储在磁盘)，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。

2.2 Redis服务器程序是单进程模型

Redis服务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。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;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。即: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。
建议可以开2个进程

2.3redis单进程模型的原因

原因:
①备份
②抗高并发的同时尽量不给CPU造成太大的压力
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。

2.4 Redis的优点

比较对象sql数据库和其他nosql数据库
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（散列值）、Sets 及ordered Sets等数据类型操作。
ps:

string  字符串     （可以为整形、浮点和字符型，统称为元素)
list      列表      (实现队列，元素不唯一，先入先出原则)
set      集合:      (各不相同的元素)
hash hash散列值:    ( hash的key必须是唯一的）
set /ordered ets    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。

三.部署步骤

3.1Redis安装部署

①上传 redis-5.0.7.tar.gz 软件包解压至 /opt目录下

tar xzf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt 

②安装依赖组件

yum install -y gcc gcc-c++ make 

③编译安装

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

由于Redis源码包中直接提供了Makefile文件，所以在解压完软件包后，不用先执行,./configure;进行配置，可直接执行make 与make install命令进行安装

④执行软件包提供的 install_server.sh 脚本文件设置Redis服务所需要的相关配置文件

cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh

一直回车．

Please  select the redis executable path  [/usr/local/bin/redis-server]  /usr/local/redis/bin/redis-server
#需要手动修改为/usr/local/redis/bin/redis-server注意要一次性正确输入

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/redis/bin/redis-cli     #客户端命令工具

⑤把redis的可执行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/

⑥Redis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

⑦修改配置 /etc/redis/6379.conf 参数
vim /etc/redis/6379.conf

bind 127.0.0.1 192.168.80.1                  #70行，添加监听的主机地址(只改了这一个)
port 6379                                    #93行，Redis默认的监听端口
daemonize yes                                #137行，启用守护进程
pidfile /var/run/redis_6379.pid              #159行，指定PID文件
loglevel notice                              #167行，日志级别
logfile /var/log/redis_6379.log              #172行，指定日志文件

⑧重启

/etc/init.d/redis_6379  restart 

3.2 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.
# rdb和aof 是redis服务中持久化功能的两种形式  RDB AOF
# redis-cli 常用于登陆至 redis数据库

3.2 redis-cli 命令行工具(远程登陆)

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，

redis-cli -h 192.168.80.1 -p 6379

3.3 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。

基本的测试语法: 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(套接字)
-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  O=reconnect
-r: SET/GET/INCR 使用随机key,SADD使用随机值。
-P:通过管道传输<numreq>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192.168.80.1、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 192.168.80.1 -p 6379 -c 100 -n 100000 #测试每秒的数据类型平均请求连接出来

测试存取大小为100字节的数据包的性能

redis-benchmark -h 192.168.80.1  -p 6379  -q  -d 100

测试本机上Redis 服务在进行set 与push操作时的性能

redis-benchmark -t set,push  -n 100000  -q

3.4 Redis数据库常用命令

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

查看当前数据库中所有的键

keys *  //相当于MySQL中的show databases;

存放数据

set yunwei zhangsan   //存放yunwei键,值为zhangsan

获取数据

get yunwei

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

创建存放数据模板

127.0.0.1:6379> set k1 1 
OK
127.0.0.1:6379> set k1 2
OK
127.0.0.1:6379> set k2 2 
OK
127.0.0.1:6379> set k3  3 
OK
127.0.0.1:6379> set v1 4
OK
127.0.0.1:6379> set v5 5 
OK
127.0.0.1:6379> set v22 5 
OK

查看当前数据库中以v开头的数据

127.0.0.1:6379> keys  v* 
1) "v1"
2) "v22"
3) "v5"

查看当前数据库中以v开头后面包含任意一位的数据

127.0.0.1:6379> keys v?
1) "v1"
2) "v5"

查看当前数据库中以v开头v开头后面包换任意两个的数据

127.0.0.1:6379> keys v??  //？不可为空
1) "v22"

exists命令可以判断键值是否存在

127.0.0.1:6379> exists yunwei
(integer) 1         //返回为1说明有此键

del命令可以删除当前数据库的指定key

127.0.0.1:6379> del yunwei
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists yunwei
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get yunwei
(nil)

type命令可以获取key对应的valus值数据类型

127.0.0.1:6379> type k1 
string            //表示字符串
127.0.0.1:6379> type mylist 
list             //列表

rename命令是对已有key进行重命名。(覆盖)

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。

127.0.0.1:6379> rename k1 k11  //重命名会做覆盖
OK

renamenx
rename n不进行修改 x进行修改
nx组合:先判断命令的作用是对已有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)

命令格式: renamenx   源key  目标key

desize命令的作用是查看当前数据库中key的数目

127.0.0.1:6379> dbsize 
(integer) 9   //当前库中有9个键

使用config set requirepass your password 命令设置密码

127.0.0.1:6379> config set requirepass 123456 //以键值的方式进行存储
OK
127.0.0.1:6379> auth 123456      //认证
OK
127.0.0.1:6379> config get requirepass  //获取密码
1) "requirepass"
2) "123456"

删除密码

127.0.0.1:6379> config set requirepass '' //密码设置为空
OK
127.0.0.1:6379> config get requirepass 
1) "requirepass"
2) ""

Redis 多数据库常用命令(16个库 0-15)
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。多数据库相互独立，互不干扰。

多数据库间切换

命令格式: select   序号

127.0.0.1:6379> select 10             ##切换至序号为10的数据库
OK
127.0.0.1:6379[10]> select 15
OK
127.0.0.1:6379[15]> select 16
(error) ERR DB index is out of range
127.0.0.1:6379[15]> select 0 
OK

127.0.0.1:6379> set k1 100   #在序号为0的数据库写入
OK
127.0.0.1:6379> get k1 
"100"
127.0.0.1:6379> select 1  
OK
127.0.0.1:6379[1]> get k1  #切换至其他数据库查询不到
(nil)
127.0.0.1:6379[1]> select 0 
OK
127.0.0.1:6379> get k1
"100"

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。

多数据库间移动数据

格式: move   键值     序号

四、Redis 高可用

在web服务器中，高可用是指服务器可以正常访问的时间，衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务(99.9%、99.99%、99.999%等等)。
但是在Redis语境中，高可用的含义似乎要宽泛一些，除了保证提供正常服务(如主从分离、快速容灾技术)，还需要考虑数据容量的扩展，数据安全不会丢失等。

在Redis中，实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和集群，下面分别说明它们的作用，以及解决了什么样的
问题。
●持久化
持久化是最简单的高可用方法(有时甚至不被归为高可用的手段)，主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘，保证数据不会因进程退出而丢失。

●主从复制
主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和集群(cluster)都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。缺陷:故障恢复无法自动化;写操作无法负载均衡;存储能力受到单机的限制(吃资源)。

●哨兵﹔在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。缺陷:写操作无法负载均衡;存储能力受到单机的限制。

●集群(cluster) :通过集群，
Redis解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案

五、Redis持久化

持久化的功能:
Redis是内存数据库，数据都是存储在内存中，为了避免服务器断电等原因导致Redis进程异常退出后数据的永久丢失，需要定期将Redis中的数据以某种形式(或命数据令)从内存保存到硬盘;当下次Redis重启时，利用持久化文件实现数据恢复。除此之外，为了进行灾难备份，可以将持久化文件拷贝到一个远程位置（NFS) 。

Redis提供两种方式进行持久化:
RDB持久化:原理是将Reids在内存中的数据库记录定时保存到磁盘上。(类似快照)
AOF持久化(append only file):原理是将Reids的操作日志以追加的方式写入文件，类似于MySQL的binlogo(基于日志持久化方式）

由于AOF持久化的实时性更好，即当进程意外退出时丢失的数据更少，因此AOF是目前主流的持久化方式，RDB持久化基本都会开启(用于集群)

六、RDB持久化

RDB持久化是指在指定的时间间隔内将内存中当前进程中的数据生成快照保存到硬盘(因此也称作快照持久化)，用二进制压缩存储，保存的文件后缀是rdb;当Redis重新启动时，可以读取快照文件恢复数据。

6.1 触发条件

RDB持久化的触发分为手动触发和自动触发两种。
(1)、手动触发
save命令和bgsave命令都可以生成RDB文件。
save命令会阻塞Redis服务器进程，直到RDB文件创建完毕为止，在Redis服务器阻塞期间，服务器不能处理任何命令请求。而bgsave命令会创建一个子进程，由子进程来负责创建RDB文件，父进程（即Redis主进程）则继续处理请求。
bgsave命令执行过程中，只有fork子进程时会阻塞服务器，而对于save命令，整个过程都会阻塞服务器，因此save已基本被废弃，线上环境要杜绝save的使用。
往往生产环境bgsave依然不允许轻易使用