非关系型数据库-Redis
一、缓存概念
缓存是为了调节速度不一致的两个或多个不同的物质的速度，在中间对速度较慢的一方起到加速作用，比如CPU的一级、二级缓存是保存了CPU最近经常访问的数据，内存是保存CPU经常访问硬盘的数据，而且硬盘也有大小不一的缓存，甚至是物理服务器的raid 卡有也缓存，都是为了起到加速CPU 访问硬盘数据的目的，因为CPU的速度太快了，CPU需要的数据由于硬盘往往不能在短时间内满足CPU的需求，因此CPU缓存、内存、Raid 卡缓存以及硬盘缓存就在一定程度上满足了CPU的数据需求，即CPU 从缓存读取数据可以大幅提高CPU的工作效率。
系统缓存
buffer与cache：
- buffer： 缓冲也叫写缓冲，一般用于写操作，可以将数据先写入内存再写入磁盘，buffer 一般用于写缓冲，用于解决不同介质的速度不一致的缓冲，先将数据临时写入到里自己最近的地方，以提高写入速度，CPU会把数据先写到内存的磁盘缓冲区，然后就认为数据已经写入完成看，然后由内核在后续的时间在写入磁盘，所以服务器突然断电会丢失内存中的部分数据。
- cache： 缓存也叫读缓存，一般用于读操作，CPU读文件从内存读，如果内存没有就先从硬盘读到内存再读到CPU，将需要频繁读取的数据放在里自己最近的缓存区域，下次读取的时候即可快速读取。
缓存保存位置及分层结构
互联网应用领域，提到缓存为王。
- 用户层：浏览器DNS缓存,应用程序DNS缓存,操作系统DNS缓存客户端
- 代理层：CDN,反向代理缓存
- Web层：Web服务器缓存
- 应用层：页面静态化
- 数据层：分布式缓存,数据库
- 系统层：操作系统cache
- 物理层：磁盘cache, Raid Cache
DNS缓存
浏览器的DNS缓存默认为60秒，即60秒之内在访问同一个域名就不在进行DNS解析。
应用层缓存
Nginx、PHP等web服务可以设置应用缓存以加速响应用户请求，另外有些解释性语言，比如：PHP/Python/Java不能直接运行，需要先编译成字节码，但字节码需要解释器解释为机器码之后才能执行，因此字节码也是一种缓存，有时候还会出现程序代码上线后字节码没有更新的现象。所以一般上线新版前,需要先将应用缓存清理,再上线新版。
另外可以利用动态页面静态化技术,加速访问,比如:将访问数据库的数据的动态页面,提前用程序生成静态页面文件html 电商网站的商品介绍,评论信息非实时数据等皆可利用此技术实现。
数据层缓存
分布式缓存服务：
- Redis
- Memcached
数据库：
- MySQL 查询缓存
- innodb缓存、MYISAM缓存
硬件缓存
- CPU缓存（L1的数据缓存和L1的指令缓存）、二级缓存、三级缓存
- 磁盘缓存：Disk Cache
- 磁盘阵列缓存：Raid Cache，可使用电池防止断电丢失数据
关系型数据库与非关系型数据库
关系型数据库
- 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。
- 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、PostgreSQL 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。
非关系型数据库
- NoSQL（NoSQL=NotonlysQL），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。
- 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)。
- 主流的NOSQL 数据库有Redis、MongBD、 Hbase（分布式非关系型数据库，大数据使用）、Memcached、ElasticSearch（简称ES，索引型数据库）、TSDB（时续型数据库） 等。
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。（很容易切换数据类型，一个数据集当中有多种数据类型）
（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SQI数据库有很大打展空间，但最终肯定会达到纵向扩展的上限。（数据一般存储在本地的文件系统中。读可以通过读写分离、负载均衡来分摊性能，但读写仍然很消耗IO性能）
- 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。（数据分布存储在不同服务器上，可以并发地读写，加快效率）
小贴士：
- 横向扩展：加服务器。（比较便宜）
- 纵向扩展：提高硬件配置，比如换更高性能的CPU、加CPU核数、硬盘、磁盘IO、内存条。（除硬盘外，其他需要停机才能加）
（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。
- 非关系型数据库在事务的处理和稳定性方面，不如关系型数据库。但读写性能好、易于扩展，处理大数据方面占优势。
关系型数据库：特别适合高事务性要求和需要控制执行计划的任务，事务细粒度控制更好。
非关系型数据库：事务控制会稍显弱势，其价值点在于高扩展性和大数据量处理方面。
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）HighScalability&&HighAvailability——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。让关系型数据库关注在关系上和对数据的一致性保障，非关系型数据库关注在存储和高效率上。例如，在读写分离的MySQI数据库环境中，可以把经常访问的数据（即高热数据）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)。
Redis简介
Redis (远程字典服务器)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。
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）支持的数据结构： key-value，支持丰富的数据类型：Strings、 Lists、Hashes、 Sets 及Sorted Sets 等数据类型操作。
- Strings 字符串型
- Lists 列表型
- Hashes 哈希（散列）
- Sets 无序集合
- Sorted Sets 有序集合（或称zsets）
（redis也可以做消息队列，可以通过Sorted Sets实现）
（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。（支持事务，所有操作都作为事务）
（5）支持数据备份： 即 master-salve 模式的数据备份。（支持主从复制）
Redis缺点
- 缓存和数据库双写一致性问题
- 缓存雪崩问题
- 缓存击穿问题
- 缓存的并发竞争问题
Redis的适用场景
- Redis作为基于内存运行的数据库，是一个高性能的缓存，一般应用在session缓存、 队列、排行榜、计数器、最近最热文章、最近最热评论、发布订阅等。
- Redis适用于数据实时性要求高、数据存储有过期和淘汰特征的、不需要持久化或者只需要保证弱一致性、逻辑简单的场景。
Redis为什么这么快?
- 1、Redis是一款纯内存结构，避免了磁盘 I/O 等耗时操作。（基于内存运行）
- 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。（单线程模型）
- 3、采用了 I/O 多路复用机制，大大提升了并发效率。（epoll模式）
Redis与memcached比较
| Memcached | Redis | |
|---|---|---|
| 类型 | Key-value数据库 | Key-value数据库 |
| 过期策略 | 支持 | 支持 |
| 数据类型 | 单一数据类型 | 五大数据类型 |
| 持久化 | 不支持 | 支持 |
| 主从复制 | 不支持 | 支持 |
| 虚拟内存 | 不支持 | 支持 |
Redis安装部署
#关闭防火墙 systemctl stop firewalld setenforce 0 #安装环境依赖包 yum install -y gcc gcc-c++ make #上传软件包并解压 cd /opt/ tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/ cd /opt/redis-5.0.7/ #开2核编译安装，指定安装路径为/usr/local/redis make -j2 && 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。 #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/redis/bin/redis-server #这里默认为/usr/local/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 #当install_server.sh 脚本运行完毕，Redis 服务就已经启动，默认监听端口为6379 netstat -natp | grep redis #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/ #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 #查看状态 #编辑配置文件，参数 vim /etc/redis/6379.conf ...... 70 bind 127.0.0.1 192.168.100.104 #监听的IP地址 93 port 6379 #监听端口 137 daemonize yes #使用守护进程的方式启动，即后台启动 159 pidfile /var/run/redis_6379.pid #Redis的进程号保存位置 172 logfile /var/log/redis_6379.log #日志保存的位置 187 databases 16 #监听库的数量（编号0-15） /etc/init.d/redis_6379 restart #重启redis服务
Redis命令工具
| 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 |
redis-cli：Redis 命令行工具
语法：redis-cli -h host -p port -a password
-h：指定远程主机机 -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
#-a选项若不添加任何选项表示使用127.0.0.1:6379连接本机上的Redis数据库
#登录本机 redis-cli
#远程登录 redis-cli -h 192.168.100.104 -p 6379 [-a 密码]
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：l=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192.168.100.104、 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 192.168.100.104 -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 192.168.100.104 -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
| 命令 | 作用 |
|---|---|
| set | 存放数据 |
| get | 获取数据 |
| keys * | 查看所有的key |
| keys k？ | 查看k开头后面任意一位的数据 |
| exists | 判断键是否存在（存在1，不存在0） |
| del | 删除键 |
| type | 查看键对应的value值类型 |
| rename key1 key2 | 改名，不管key2是否存在都会改名成功。如果存在，key1的值会覆盖key2得值 |
| renamenx key1 key2 | 改名，若key2不存在，可以改名成功。若key2存在则不进行改名 |
| dbsize | 查看当前数据库中key的数目 |
set、get 设置和获取键的值
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 获取键值列表
keys命令可以获取符合规则的键值列表,通常情况可以结合 *、? 等选项来使用。
#先创建几个键 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 6 127.0.0.1:6379>set v33 7
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开头的键
127.0.0.1:6379>keys v? #查看当前数据库中以v开头，后面包含任意一位字符的键 127.0.0.1:6379>keys v?? #查看当前数据库中以v开头，后面包含任意两位字符的键
exists 判断键是否存在
exists 命令可以判断键是否存在。
返回1，表示键存在。
返回0，表示键不存在。
127.0.0.1:6379> exists teacher #判断teacher键是否存在，返回1表示存在 (integer) 1 127.0.0.1:6379> exists student #判断studen键是否存在，返回0表示存在 (integer) 0
del 删除键
del 命令可以删除当前数据库的指定key。
127.0.0.1:6379> get k1 "1"
127.0.0.1:6379> del k1 #删除k1键
(integer) 1 127.0.0.1:6379> get k1 (nil)
127.0.0.1:6379> exists k1 #k1键已不存在 (integer) 0
type 查看键存储的数据类型
type 命令可以获取 key 对应的 value 值类型。
127.0.0.1:6379> get k2 "2" 127.0.0.1:6379> type k2 string #字符串类型
rename 重命名
rename 命令是对已有 key 进行重命名。（覆盖）
- 使用rename命令进行重命名时，无论目标key是否存在都会进行重命名，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。
命令格式： rename 源key 目标key
renamenx 会检查目标键名是否已存在
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查看键数目
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 #查看键数目 (integer) 11
#一共11个键 127.0.0.1:6379>
设置和清空密码
1、设置和查看密码
使用 config set requirepass 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）
使用 config get requirepass 命令查看密码。
127.0.0.1:6379> config set requirepass 123456 #设置密码 OK 192.168.100.104:6379> config get requirepass (error) NOAUTH Authentication required. #设置密码后，需要先验证密码才能操作其他命令
127.0.0.1:6379> auth 123456 #验证密码 OK 192.168.100.104:6379> config get requirepass #查看密码
1) "requirepass" 2) "123456" #设置密码后，使用密码登录可以直接操作，不需要二次验证
# redis-cli -h 192.168.72.60 -p 6379 -a 123456
Warning: Using a password with '-a' or '-u' option on the command line interface may not be safe. 192.168.100.104:6379> get teacher "lisi"
清空密码：
使用 config set requirepass '' 清空密码。
192.168.100.104:6379> config set requirepass '' #清空密码 OK 192.168.100.104:6379> config get requirepass
1) "requirepass" 2) "" #密码已为空
Redis多数据库操作
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。
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。
多数据库相互独立，互不干扰。
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 127.0.0.1:6379[0]>
多数据库间移动数据
命令格式：move 键值 序号
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！！！
