Redis介绍、安装、性能优化

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前言

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

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一、关系数据库和非关系数据库

1.关系型数据库

• 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
• 一般面向与于记录
• 主流的关系型数据库包括Oracle、MySQL、SQL Server、Microsoft Access、DB2等

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

• 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、MongoDB、Hbase、CouhDB等

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（比如微信群聊天里的文字、图片、视频、音乐等）

3.关系型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就是数据存储的方式。关系型数据库天然就是表格式的，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，也容易提取数据

• 与其相反，非关系型数据库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。你的数据及其特性就是选择数据存储和提取方式的首要影响因素

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，操作的性能瓶颈困难涉及很多个表，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。因为非关系型数据库存储就是分布式的，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

3.3对事务性的支持不同

• 如果数据操作需要搞事务性或者复杂数据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

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）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

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)

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）。

非关系型数据库
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

关系型数据库
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

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二、Redis简介

1.Redis基于内存运行并支持持久化
2.采用key-value（键值对）的存储形式

redis是一个开源的、使用C语言编写的NoAQL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，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多开启多个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。

1.Redis优点

• 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
• 支持丰富的数据类型：支持key-value、Strings、Lists、Hashes、Sets及Ordered Sets等数据来行操作
• 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
• 原子性：Redis所有操作都是原子性的
• 支持数据备份：即master-slave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、计算机应用、存储关系、实时分析系统、日志记录

2.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

注：在Redis6.0中新增加的多线程也只是针对处理网络请求采用了多线程，而数据的读写命令，仍然是单线程处理的

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三、Redis安装部署

关闭防火墙及核心防护

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

解压软件包，进行编译安装

yum -y install gcc gcc-c++ make
#安装依赖环境

tar zxf redis-5.0.7.tar.gz
#将redis软件包进行解压

cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#进行编译安装

进行安装

cd /opt/redis-5.0.7/utils/
./install_server.sh 
#进行安装（安装时需要输入路径）

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

创建软连接

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

/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

编辑配置文件

vim /etc/redis/6379.conf

bind 127.0.0.1 192.168.226.160				
#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
#重启redis

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四、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
redis-cli常用于登录至redis数据库

1.redis-cli命令行工具

选项	描述
-h	指定远程主机
-p	指定redis服务的端口
-a	指定密码，未设置数据库密码可以省略-a选项

redis-cli -h 192.168.226.160 -p 6379
#登录数据库（没有密码，所以不需要加-a）

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

基础的测试语法：
redis-benchmark [选项] [选项值]

选项	功能
-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
-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	进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

2.1发送并发连接和请求测试性能

向IP为192.168.226.160、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 192.168.226.160 -p 6379 -c 100 -n 100000

2.2测试数据包的性能

试存取大小为100字节的数据包性能

redis-benchmark -h 192.168.226.160 -p 6379 -q -d 100

2.3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

3.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
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指定key
type	命令可以获取key对应的value值类型

3.1存放、获取数据

redis-cli -p 6379
127.0.0.1:6379> set ngs good
127.0.0.1:6379> get ngs

127.0.0.1:6379> set n1 1
127.0.0.1:6379> set n2 2
127.0.0.1:6379> set n3 3
127.0.0.1:6379> set n4 4
127.0.0.1:6379> set n5 5
127.0.0.1:6379> set n6 6

3.2查看以什么开头的键

keys *
keys n*
keys n?
keys n??

3.3删除数据

127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> del n6
127.0.0.1:6379> keys *

3.4判断数据中是否存在

exists可以判断键是否存在，1表示存在，0表示不存在

exists ngs
exists sen

3.5重命名rename（覆盖）

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，且原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，以免覆盖重要数据

rename 命令是对已有key进行重命名（覆盖）
命令格式：rename 原key 目标key

3.6对已有key进行重命名 renamenx（不覆盖）

renamenx命令的作用是对已有的key进行重命名，并检测新明是否存在，如果目标key存在则不进行重命名（不覆盖）

命令格式：
renamenx 原key 目标key

3.7查看当前数据库中key的数目 dbsize

3.8type获取值类型

String数据类型
String是redis最基本的类型，最大能存储512M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，序列号对象等

List数据类型
列表的元素类型为string，按照插入顺序排序，在列表的头部或尾部添加元素

Hash数据类型（散装类型）
hash用于存储对象。可以采用这样的命名方式：对象类别和ID构成键名，使用字段表示对象的属性，而字段值则存储属性值。如：存储ID为2的汽车对象
入伙Hash中包含很少的字段，那么该类型的数据也将今朝用很少的磁盘空间。每一个Hash可以存储4294967295个键值对

Set数据类型（无序集合）
无序集合，元素类型为String类型，元素具有唯一性，不允许存在重复的成员。多个集合类型之间可以进行并集、交集和差集运算

应用范围：
1.可以使用Redis的Set数据类型跟中一些唯一性数据，比如访问某一博客的唯一IP地址信息。对于此场景，我们仅需在每次访问该博客时将访问者的IP存入Redis中，Set数据类型会自动保证IP地址的唯一性
2.充分利用Set类型的服务端聚合操作方便，高效的特性，可以用于维护数据队对象之间的关联关系。比如所有购买某一个电子设备的客户ID被存储在一个指定Set中，而购买另外一种电子产品的客户ID被intersections命令就可以充分发挥它的方便和效率的优势了

Sort Set数据类型（zset、有序集合）
a、有序集合，元素类型为String，元素具有唯一性，不能重复
b、每个元素都会关联一个double类型的分数score（表示权重），可以通过权重的大小排序，元素的score可以相同

应用范围：
1.可以用于一个大型在线游戏的积分排行榜。每当玩家的分数发生变化时，可以执行ZADD命令更新玩家的分数，此后再通过ZRANGE命令获取积分TOP10的用户信息。当然我们也可以利用ZRANK命令通过username来获取玩家的排行信息。最后我们将组合使用ZRANGE和ZRANK命令快速的获取和某个玩家积分相近的其他用户的信息
2.Sorted-Set类型还可用于构建索引数据

3.9设置密码

config set requirepass 123456
#使用config set requi repass yuorpassword 命令设置密码
auth 123456
#auth认证
config get requirepass
#使用config get requi repass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)

3.10删除密码

config set requirepass ''
#以上不设置，无法重启redis
config get requirepass
#查看密码

4.Redis多数据库常用命令

4.1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
select 1    #切换至序号为1的数据库
select 2    #切换至序号为2的数据库

4.2多数据库间移动数据

格式：move 键值 序号
127.0.0.1:6379> set sen nb
OK
127.0.0.1:6379> get sen
"nb"
127.0.0.1:6379> select 1
OK
127.0.0.1:6379[1]> get sen
(nil)
127.0.0.1:6379[1]> select 0
OK
127.0.0.1:6379> move sen 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> select 1
OK
127.0.0.1:6379[1]> get sen
"nb"

4.3清除数据库内的数据

FLUSHDB：清除当前数据库的数据
FLUSHALL：清除所有数据库的数据，慎用

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总结

数据库

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)

redis测试工具

Redis命令工具中的 rdb 和 aof 是redis服务中持久化功能的两种形式！
redis-cli命令行工具（远程登录）
redis-benchmark 测试工具（有效的测试 Redis 服务的性能）

redis数据库命令

set 、get和del ：存放、获取和删除数据
keys：获取key，可以结合通配符 * 和 ？
exists和type：判断key是否存在和判断类型
rename和renamenx：重命名的两种，后者会进行判断，存在则不改
dbsize：查看当前数据库中key的数目

Redis多数据库常用命令

select 序号 ：切换库名(16个数据库，数据库名称是用数字0-15)
move 键值 序号：多数据库间移动数据
FLUSHDB ：清空当前数据库数据
FLUSHALL ：清空所有数据库的数据，慎用!