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非关系数据库：Redis

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导读：本篇文章讲解 非关系数据库：Redis，希望对大家有帮助，欢迎收藏，转发！站点地址：www.bmabk.com

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引言

  • Redis基于内存运行的数据库，缓存是其最常应用的场最之一
  • Redis是非关系型数据库，是单进程模型

一、关系数据库和非关系数据库

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(mariadb)、SQL Server、Microsoft Access、DB2等。
  • 4.以上数据库在使用的时候必须先建库建表设计表结构，然后存储数据的时候按表结构去存，如果数据与表结构不匹配就会存储失败。

2、非关系型数据库

  • 1.NoSQL (NoSQL=NotOnlySQL)，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、 MongoDB、 Hbase、 Memcached、Postgresql等。
  • 4.不需要预先建库建表定义数据存储表结构，每条记录可以有不同的数据类型和字段个数。（比如微信群聊里的文字、图片、视频、音乐等）

3、关系数据库与非关系型数据库区别

3.1 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。

① 关系型：依赖于关系模型E-R图，同时以二维表格式的方式存储数据
② 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

3.2 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。

① 关系：纵向（天然表格式）
② 非关：横向（天然分布式）

3.3 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。

① 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
② 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

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。

  • (1) High performance——-对数据库高并发读写需求
  • (2) HugeStorage————–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

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。

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

总结：
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

  • 1、安全性高（持久化）
  • 2、事务处理能力强（非关系数据库不能处理事务）
  • 3、任务控制能力强
  • 4、可以做日志备份、恢复、容灾的能力

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)。

  • 1、数据保存在缓存中，利于读取速度和查询数据
  • 2、架构中位置灵活
  • 3、分布式、扩展性高

二、Redis简介

1.Redis概述

  • 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。

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

开双进程的好处（原因）

  • 备份
  • 抗高并发的同时尽量不给CPU造成太大的压力

2.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（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 sets 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
  • （6）丰富的特性 –：
    Redis还支持 publish（消息发布）/subscribe（订阅）, 通知, 设置key有效期等等特性。

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。
支持key-value、 Strings、Lists、 Hashes（散列值）、 Sets 及Ordered Sets 等数据类型操作。

Redis为什么这么快？

  • Redis是一款纯内存结构,避免了磁盘I/O等耗时操作。
  • 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。
  • 采用了I/O多路复用机制，大大提升了并发效率。

3.常见应用场景

  • 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

二、Redis命令工具

命令 结果
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，常用于登陆至redis 数据库

1.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  0=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。

2.redis-cli 远程登录的命令行工具

redis-cli的全程即redis-client，表示以客户端的身份登录

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，

3.redis-check-aof 和 redis-check-rdb

aof和rdb是redis服务中持久化功能的两种形式AOF、RDB

三、部署Redis

systemctl stop firewalld
setenforce 0

1.安装依赖环境

[root@yzq ~]# yum install -y gcc gcc-c++ make

2.解压并安装

将redis-5.0.7.tar.gz 压缩包上传到/opt 目录中

[root@yzq opt]# tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
[root@yzq opt]# cd /opt/redis-5.0.7/
[root@yzq redis-5.0.7]# ls
00-RELEASENOTES  deps       README.md        runtest-moduleapi  tests
BUGS             INSTALL    redis.conf       runtest-sentinel   utils
CONTRIBUTING     Makefile   runtest          sentinel.conf
COPYING          MANIFESTO  runtest-cluster  src



[root@yzq redis-5.0.7]# make
[root@yzq redis-5.0.7]# 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


[root@yzq redis-5.0.7]# cd utils/
[root@yzq utils]# ./install_server.sh #执行安装服务脚本

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

#需要手动修改为 /usr/local/redis/bin/redis-server 注意要一次性正确输入
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
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

[root@yzq utils]# 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

[root@yzq utils]# netstat -natp | grep redis
tcp        0      0 127.0.0.1:6379          0.0.0.0:*               LISTEN      22783/redis-server  


#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

3.修改配置文件

修改配置 /etc/redis/6379.conf 参数

[root@yzq utils]# vim /etc/redis/6379.conf 

bind 127.0.0.1 192.168.226.129     #70行，添加监听的主机地址
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

[root@yzq utils]# /etc/init.d/redis_6379 restart #重启redis
Stopping ...
Waiting for Redis to shutdown ...
Redis stopped
Starting Redis server...

在这里插入图片描述

[root@yzq utils]# netstat -natp | grep redis #两个监听，本地回环地址和本机IP
tcp        0      0 192.168.28.5:6379       0.0.0.0:*               LISTEN      23010/redis-server  
tcp        0      0 127.0.0.1:6379          0.0.0.0:*               LISTEN      23010/redis-server

四、Redis数据库常用命令

1.存放和获取数据

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


127.0.0.1:6379> keys * #查看数据库中所有键
(empty list or set)
127.0.0.1:6379> set k1 1  #设置k1键值为1
OK
127.0.0.1:6379> set k11 2
OK
127.0.0.1:6379> set v1 1
OK
127.0.0.1:6379> set v11 2
OK
127.0.0.1:6379> keys *
1) "v11"
2) "k11"
3) "k1"
4) "v1"
127.0.0.1:6379> get k1   #获取k1的键值
"1"
127.0.0.1:6379> get k2
(nil)
127.0.0.1:6379> get v1
"1"
127.0.0.1:6379> get v11
"2"
127.0.0.1:6379> keys k*  #获取以k开头的键
1) "k11"
2) "k1"
127.0.0.1:6379> keys k?  #获取以k开头，包含任意一位的键
1) "k1"

2.重命名

rename 命令是对已有key进行重命名。 (覆盖)

rename 源key 目标key    无论目标key是否存在都会进行重命名并覆盖
renamenx 源key 目标key  目标key存在则取消重命名
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)


127.0.0.1:6379> get v1
"1"
127.0.0.1:6379> get v2
"2"
127.0.0.1:6379> rename v1 v11 #v11不存在
OK
127.0.0.1:6379> get v1
(nil)
127.0.0.1:6379> get v11
"1"
127.0.0.1:6379> renamenx v11 v2 #v2存在，取消重命名
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get v11
"1"
127.0.0.1:6379> get v2
"2"

3.判断键值是否存在，键值类型

exists 命令可以判断键值是否存在
0表示不存在
1表示存在

type 命令可以获取key对应的 value 值类型（string类型）

127.0.0.1:6379> exists v1 #0表示不存在
(integer) 0
127.0.0.1:6379> exists v2 #1表示存在
(integer) 1
127.0.0.1:6379> type v2 #string类型
string

4.查看当前数据库的key的数目

dbsize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) 3
127.0.0.1:6379> keys *
1) "v2"
2) "v11"
3) "k22"

5.删除当前数据库的指定key

del命令可以删除当前数据库的指定key

127.0.0.1:6379> del k22
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get k22
(nil)
127.0.0.1:6379> dbsize
(integer) 2
127.0.0.1:6379> keys *
1) "v2"
2) "v11"

6.库中设置密码

使用config set requirepass your password 命令设置密码
一旦设置密码，必须先验证通过密码，否则所有操作不可用

127.0.0.1:6379> config set requirepass 123456
OK
127.0.0.1:6379> keys * #无法查看
(error) NOAUTH Authentication required.
127.0.0.1:6379> quit
[root@yzq utils]# /etc/init.d/redis_6379 stop #无法停止redis
Stopping ...
(error) NOAUTH Authentication required.
Waiting for Redis to shutdown ...
Waiting for Redis to shutdown ...
Waiting for Redis to shutdown ...


[root@yzq utils]# redis-cli
127.0.0.1:6379> config get requirepass #查看密码
(error) NOAUTH Authentication required. #无法操作，没有认证
127.0.0.1:6379> auth 123456 #auth认证
OK
127.0.0.1:6379> config get requirepass #查看密码
1) "requirepass"
2) "123456"

删除密码

127.0.0.1:6379> config set requirepass '' #删除密码（设置为空）
OK
127.0.0.1:6379> config get requirepass #密码为空
1) "requirepass"
2) ""

7.Redis 多数据库常用命令

多数据库切换

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。

127.0.0.1:6379> select 1
OK
127.0.0.1:6379[1]> keys *
(empty list or set)
127.0.0.1:6379[1]> select 0
OK
127.0.0.1:6379> keys *
1) "v2"
2) "v11"
127.0.0.1:6379> select 16
(error) ERR DB index is out of range

多数据库间移动数据

格式: move  键值  序号

127.0.0.1:6379> select 1 #1库中无数据
OK
127.0.0.1:6379[1]> keys *
(empty list or set)
127.0.0.1:6379[1]> select 0 #0库中有数据
OK
127.0.0.1:6379> keys * 
1) "v2"
2) "v11"
127.0.0.1:6379> move v2 1 #把v2移动到数据库1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> keys * #0库中v2消失
1) "v11"
127.0.0.1:6379> select 1 #1库中有v2
OK
127.0.0.1:6379[1]> keys *
1) "v2"

清空数据库数据

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

127.0.0.1:6379> keys *
1) "v11"
127.0.0.1:6379> flushdb
OK
127.0.0.1:6379> keys *
(empty list or set)
127.0.0.1:6379> select 1
OK
127.0.0.1:6379[1]> keys *
1) "v2"

五、性能管理

1.查看内存使用

127.0.0.1:6379[1]> info memory
# Memory
used_memory:853552
used_memory_human:833.55K
used_memory_rss:12591104
used_memory_rss_human:12.01M
used_memory_peak:853680
used_memory_peak_human:833.67K
used_memory_peak_perc:99.99%
used_memory_overhead:841182
used_memory_startup:791416
used_memory_dataset:12370
used_memory_dataset_perc:19.91%
allocator_allocated:1057456
allocator_active:1339392
allocator_resident:8818688
total_system_memory:1907970048
total_system_memory_human:1.78G
used_memory_lua:37888
used_memory_lua_human:37.00K
used_memory_scripts:0
used_memory_scripts_human:0B
number_of_cached_scripts:0
maxmemory:0
maxmemory_human:0B
maxmemory_policy:noeviction
allocator_frag_ratio:1.27
allocator_frag_bytes:281936
allocator_rss_ratio:6.58
allocator_rss_bytes:7479296
rss_overhead_ratio:1.43
rss_overhead_bytes:3772416
mem_fragmentation_ratio:15.50
mem_fragmentation_bytes:11778568
mem_not_counted_for_evict:0
mem_replication_backlog:0
mem_clients_slaves:0
mem_clients_normal:49694
mem_aof_buffer:0
mem_allocator:jemalloc-5.1.0
active_defrag_running:0
lazyfree_pending_objects:0

2.内存碎片率

操作系统分配的内存值used_memory_rss除以Redis使用的内存值used_memory计算得出内存碎片是由操作系统低效的分配/回收物理内存导致的(不连续的物理内存分配)
跟踪内存碎片率对理解Redis实例的资源性能是非常重要的:

  • 内存碎片率稍大于1是合理的，这个值表示内存碎片率比较低
  • 内存碎片率超过1.5，说明Redis消耗了实际需要物理内存的150号，其中50号是内存碎片率。需要在redis-cli工具上输入shutdown save命令，并重启Redis服务器。
  • 内存碎片率低于1的，说明Redis内存分配超出了物理内存，操作系统正在进行内存交换。需要增加可用物理内存或减少Redis内存占用

3.内存使用率

redis实例的内存使用率超过可用最大内存，操作系统将开始进行内存与swap空间交换
避免内存交换发生的方法:

  • 针对缓存数据大小选择安装Redis实例(云平台里面使用RDS服务，ECS云主机选择内存、缓存型配置)
  • 尽可能的使用Hash数据结构存储
  • 设置key的过期时间

4.内回收key

  • 保证合理分配redis有限的内存资源。
  • 当达到设置的最大阀值时，需选择–种key的回收策略，默认情况下回收策略是禁止删除。
  • 配置文件中修改maxmemory- policy属性值
vim /etc/redis/6379.conf
598 maxmemory-policy noenviction
volatile-lru //使用LRU算法从已设置过期时间的数据集合中淘汰数据
volatile-ttl  //从已设置过期时间的数据集合中挑选即将过期的数据淘汰
volatile-random //从已设置过期时间的数据集合中随机挑选数据淘汰
allkeys-lru  //使用LRU算法从所有数据集合中淘汰数据
allkeys-random  //从数据集合中任意选择数据淘汰
noenviction     //禁止淘汰数据

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