NoSQL之Redis配置与优化（初级）理论较多
NoSQL之Redis配置与优化
- 一、关系数据库与非关系型数据库
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- 1.1 关系型数据库
- 1.2 非关系型数据库
- 二、关系型数据库和非关系型数据库区别
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- 2.1 数据存储方式不同
- 2.2 扩展方式不同
- 2.3 对事务性的支持不同
- 三、非关系型数据库产生背景
- 四、Redis简介
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- 4.1 Redis具有以下几个优点
- 五、Redis安装部署
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- 5.1 Redis服务控制
- 六、Redis命令工具
- 七、redis-cli 命令行工具
- 八、redis-benchmark测试工具
- 九、Redis数据库常用命令
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- 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
- exists命令可以判断键值是否存在
- del命令可以删除当前数据库的指定key
- type 命令可以获取key对应的value 值类型
- rename 命令是对已有key进行重命名。 (覆盖)
- renamenx 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)
- dbsize命令的作用是查看当前数据库中key的数目
- 使用config set requirepass yourpassword命令设置密码
- 使用config get requirepass命令查看密码(一旦设置密码，必须先验证通过密码，否则所有操作不可用)
- 十、Redis多数据库常用命令
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- 10.1 多数据库间切换
- 10.2 多数据库间移动数据
- 10.3 清除数据库内数据
- 十一、Redis高可用
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- 11.1 Redis持久化
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- 11.1.1 Redis提供两种方式进行持久化
- 11.2 RDB持久化
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- 11.2.1 触发条件
- 11.2.2执行流程
- 11.2.3 启动时加载
一、关系数据库与非关系型数据库
1.1 关系型数据库
关系型数据库是一一个结构化的数据库，创建在关系模型(二维表格模型)基础上，一般面向于记录。
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。
1.2 非关系型数据库
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 等。
二、关系型数据库和非关系型数据库区别
2.1 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。
2.2 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。
2.3 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。
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。
三、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。
总结
关系型数据库
实例–>数据库–>表(table)–>记录行(row)、数据字段(column)
非关系型数据库:
实例–>数据库–>集合(collection)–>键值对(key-value)
非关系型数据库不需要手动建数据库和集合(表)。
四、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，采用key-value (键值对)的存储形式，是日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，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。
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。
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。
4.1 Redis具有以下几个优点
（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Ordered Sets等数据类型操作。
（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。
五、Redis安装部署
systemctl stop firewalld
setenforce 0
yum install -y gcc gcc-c++ make
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
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。
#在/utils里执行软件包提供的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_6379.1og #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
#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
5.1 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
#修改配置/etc/redis/6379.conf参数
vim /etc/redis/6379.conf
bind 127.0.0.1 192.168.238.10 #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
/etc/init.d/redis_6379 restart
六、Redis命令工具
| Redis命令工具 | 作用 |
|---|---|
| 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 |
七、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
redis-cli -h 192.168.238.10 -p 6379
八、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
-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。
向IP地址为192.168.238.10、 端口为6379 的Redis 服务器发送5个并发连接与100000 个请求测试性能
redis-benchmark -h 192.168.238.10 -p 6379 -c 5 -n 100000
测试存取大小为100字节的数据包的性能
redis-benchmark -h 192.168.238.10 -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
九、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
127.0.0.1:6379> set teacher zhangsan
OK
127.0.0.1:6379> get teacher
" zhangsan"
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
127.0.0.1:6379> set k1 1
127.0.0.1:6379> set k2 2
127.0.0.1:6379> set k3 3
127.0.0.1:6379> set v1 4
127.0.0.1:6379> set v5 5
127.0.0.1:6379> set v22 5
127.0.0.1:6379> KEYS * #查看当前数据库中所有键
127.0.0.1:6379> KEYS v* #查看当前数据库中以v开头的数据
127.0.0.1:6379> 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
127.0.0.1:6379> KEYS v?? #查看当前数据库中以v开头v开头后面包含任意两位的数据
exists命令可以判断键值是否存在
127.0.0.1:6379> exists teacher #判断teacher 键是否存在
(integer) 1 # 1表示teacher 键是存在
127.0.0.1:6379> exists tea
(integer) 0 #0表示tea键不存在
del命令可以删除当前数据库的指定key
127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> del v5
127.0.0.1:6379> get v5
type 命令可以获取key对应的value 值类型
127.0.0.1:6379> type k1
string
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> keys v*
1) "v1"
2) "v22"
127.0.0.1:6379> rename v22 v2
0K
127.0.0.1:6379> keys v*
1) "v1"
2) "v2"
127.0.0.1:6379> get v1
" 4"
127.0.0.1:6379> get v2
127.0.0.1:6379> rename v1 v2
0K
127.0.0.1:6379> get v1
(nil)
127.0.0.1:6379> get v2
"4"
renamenx 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
127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> get teacher
"zhangsan"
127.0.0.1:6379> get v2
"4"
127.0.0.1:6379> renamenx v2 teacher
(integer) 0
127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> get teacher
"zhangsan"
127.0.0.1:6379> get v2
"4"
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
使用config set requirepass yourpassword命令设置密码
127.0.0.1:6379> config set requirepass 123456
使用config get requirepass命令查看密码(一旦设置密码，必须先验证通过密码，否则所有操作不可用)
127.0.0.1:6379> auth 123456
127.0.0.1:6379> config get requirepass
十、Redis多数据库常用命令
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。
10.1 多数据库间切换
命令格式：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 10 #切换至序号为10的数据库
127.0.0.1:6379[10]> 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
10.2 多数据库间移动数据
格式：move 键值序号
127.0.0.1:6379> set k1 100
OK
127.0.0.1:6379> get k1
"100"
127.0.0.1:6379> select 1
0K
127.0.0.1:6379[1]> get k1
(nil)
127.0.0.1:6379[1]> select 0 #切换至目标数据库0
OK
127.0.0.1:6379> get k1 #查看目标数据是否存在
"100"
127.0.0.1:6379> move k1 1 #将数据库0中k1移动到数据库1中
(integer) 1
127.0.0.1:6379> select 1 #切换至目标数据库1
0K
127.0.0.1:6379[1]> get k1 #查看被移动数据
"100"
127.0.0.1:6379[1]> select 0
OK
127.0.0.1:6379> get k1 #在数据库0中无法查看到k1的值
(nil)
10.3 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!
十一、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。
●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：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。
11.1 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(数据或命令)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。
11.1.1 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。
●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binlog。
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，不过RDB持久化仍然有其用武之地。
11.2 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。
11.2.1 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。
（2）自动触发
在自动触发RDB持久化时，Redis也会选择bgsave而不是save来进行持久化。
save m n
自动触发最常见的情况是在配置文件中通过save m n，指定当m秒内发生n次变化时，会触发bgsave。
vim /etc/ redis/6379. conf
-- 219行--以下三个save条件满足任意- - 个时，都会引起bgsave的调用
save 900 1 ：当时间到900秒时， 如果redis数据发生了至少1次变化，则执行bgsave
save 300 10 ：当时间到300秒时，如果redis数据发生了至少10次变化，则执行bgsave
save 60 10000 ：当时间到60秒时，如果redis数据发生了至少10000次变化，则执行bgsave
--254行--指定RDB文件名
dbfilename dump.rdb
-- 264行--指定RDB文件和AOF文件所在目录
dir /var/lib/redis/6379
-- 242行--是否开启RDB文件压缩
rdbcompression yes
##其他自动触发机制##
除了savemn以外，还有–些其他情况会触发bgsave:
●在主从复制场景下，如果从节点执行全量复制操作，则主节点会执行bgsave命令，并将rdb文件发送给从节点。
●执行shutdown命令时，自动执行rdb持久化。
11.2.2执行流程
（1） Redis父进程首先判断：当前是否在执行save，或bgsave/bgrewriteaof的 子进程，如果在执行则bgsave命令直接返回。
bgsave/bgrewriteaof的子进程不能同时执行，主要是基于性能方面的考虑：两个并发的子进程同时执行大量的磁盘写操作，可能引起严重
的性能问题。
（2）父进程执行fork操作创建子进程，这个过程中父进程是阻塞的，Redis不能执行来自客户端的任何命令
（3）父进程fork后，bgsave命令返回”Background saving started"信息并不再阻塞父进程，并可以响应其他命令
（4）子进程创建RDB文件，根据父进程内存快照生成临时快照文件，完成后对原有文件进行原子替换
（5）子进程发送信号给父进程表示完成，父进程更新统计信息
11.2.3 启动时加载
RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的，并没有专门的命令。但是由于AOF的优先级更高，因此当AOF开启时，Redis 会优先载入AOF文件来恢复数据;只有当AOF关闭时，才会在Redis服务器启动时检测RDB文件，并自动载入。服务器载入RDB文件期间处于阻塞状态，直到载入完成为止。
Redis载入RDB文件时，会对RDB文件进行校验，如果文件损坏，则日志中会打印错误，Redis启动 失败。
