【非关系型数据库】Redis概述及安装、命令使用

目录

前瞻

关系型数据库

非关系型数据库

关系型数据库和非关系型数据库区别

数据存储方式不同

扩展方式不同

对事务性的支持不同

非关系型数据库产生背景

总结 

Redis简介

什么是Redis

Redis具有的优点

 Redis使用场景

哪些数据适合放入缓存中？

 Redis为什么这么快？

Redis安装部署

Redis命令工具

redis-cli 命令行工具

redis-benchmark 测试工具

Redis数据库常用命令

Redis多数据库常用命令

 Redis五大数据类型的增查删

String数据类型

SET/GET/APPEND/STRLEN

INCR/DECR/INCRBY/DECRBY 

GETSET 

SETEX 

 SETNX

 MSET/MGET/MSETNX

List数据类型

 LPUSH/LPUSHX/LRANGE

LPOP/LLEN 

LREM/LSET/LINDEX/LTRIM 

 LINSERT 

RPUSH/RPUSHX/RPOP/RPOPLPUSH 

Hash数据类型（散列类型)

HSET/HGET/HDEL/HEXISTS/HLEN/HSETNX

HINCRBY 

 HGETALL/HKEYS/HVALS/HMGET/HMSET

Set数据类型（无序集合） 

SADD/SMEMBERS/SCARD/SISMEMBER

SPOP/SREM/SRANDMEMBER/SMOVE 

 Sorted Set数据类型（zset、有序集合）

ZADD/ZCARD/ZCOUNT/ZREM/ZINCRBY/ZSCORE/ZRANGE/ZRANK

 ZRANGEBYSCORE/ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE

ZREVRANGE/ZREVRANGEBYSCORE/ZREVRANK 

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前瞻

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 = 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。
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、Memcached、ElasticSearch、TSDB 等。

关系型数据库和非关系型数据库区别

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。

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。

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。

非关系型数据库产生背景

可用于应对 Web2.0 纯动态网站类型的三高问题（高并发、高性能、高可用）。

• High performance——对数据库高并发读写需求
• Huge Storage——对海量数据高效存储与访问需求
• High Scalability && High Availability——对数据库高可扩展性与高可用性需求

总结 

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

什么是Redis

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具有的优点

• 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 Sorted Sets 等数据类型操作。
• 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-salve 模式的数据备份。

 Redis使用场景

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。

我们通常会将部分数据放入缓存中，来提高访问速度，然后数据库承担存储的工作。

哪些数据适合放入缓存中？

• 即时性。例如查询最新的物流状态信息。
• 数据一致性要求不高。例如门店信息，修改后，数据库中已经改了，五分钟后缓存中才是最新的，但不影响功能使用。
• 访问量大且更新频率不高，例如网站首页的广告信息，访问量大，但是不会经常变化。

 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，不存在多线程切换而消耗CPU，不用考虑各种锁的问题，不存在加锁、释放锁的操作，没有因为可能出现死锁而导致性能消耗。
• 采用了 I/O 多路复用机制，大大提升了并发效率。

注：在 Redis 6.0 中新增加的多线程也只是针对处理网络请求过程采用了多线性，而数据的读写命令，仍然是单线程处理的。

Redis安装部署

环境准备

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

 修改内核参数

vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048

 

 安装redis

yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf /opt/redis-7.0.9.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-7.0.9
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。

 创建redis工作目录

mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}

cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/conf/

useradd -M -s /sbin/nologin redis
chown -R redis.redis /usr/local/redis/

 环境变量

vim /etc/profile 
PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin		#增加一行

source /etc/profile

 

 修改配置文件

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 127.0.0.1 192.168.80.10					#87行，添加 监听的主机地址
protected-mode no					#111行，将本机访问保护模式设置no。如果开启了，那么在没有设定bind ip且没有设密码的情况下，Redis只允许接受本机的响应
port 6379										#138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes									#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"	#354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data						#504行，指定持久化文件所在目录
requirepass abc123								#1037行，增加一行，设置redis密码

 

 定义systemd服务管理脚本

vim /usr/lib/systemd/system/redis-server.service
[Unit]
Description=Redis Server
After=network.target

[Service]
User=redis
Group=redis
Type=forking
TimeoutSec=0
PIDFile=/usr/local/redis/log/redis_6379.pid
ExecStart=/usr/local/redis/bin/redis-server /usr/local/redis/conf/redis.conf
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

 

 启动服务

systemctl start redis-server
systemctl enable redis-server

netstat -lntp | grep 6379

 

Redis命令工具

redis-server：Redis 服务器启动命令
redis-benchmark：性能测试工具，用于检测 Redis 在本机的运行效率
redis-check-aof：修复有问题的 AOF 持久化文件
redis-check-rdb：修复有问题的 RDB 持久化文件
redis-cli：Redis 客户端命令行工具
redis-sentinel：Redis 哨兵集群使用

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-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。

例：

向 IP 地址为 192.168.75.10、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

 测试存取大小为 100 字节的数据包的性能

 测试本机上 Redis 服务在进行 set 与 lpush 操作时的性能

Redis数据库常用命令

set：                                     存放数据
get：                                     获取数据

type 键                                      查看键的数据类型
keys 键 * ?                                  查询键名，支持通配符 * ?
exists 键                                    判断键是否存在
expire 键 过期时间                           为已存在的键设置过期时间
setex 键 过期时间 值                         创建string类型的键并设置过期时间
ttl 键                                       查看键的生命周期时间，-1 永不过期，-2 已过期
rename 旧键 新键                             重命名键名，会覆盖已存在的键
renamenx 旧键 新键                           重命名键名，不会覆盖已存在的键
dbsize                                       统计当前库中键的总数
config set requirepass '密码'                设置/修改redis密码
config get requirepass                       查看密码
auth '密码'                                  在redis里验证密码
select 库ID                                  切换库，默认库ID为 0~15
move 键 库ID                                 移动键到指定的库
flushdb                                      清空当前库（慎用）
flushall                                     清空所有库（慎用）

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的指定 key。

 type 命令可以获取 key 对应的 value 值类型。

 

 expire 命令可以为给定的 key 设置过期时间

 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。

 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

 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）

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。

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。

 多数据库间移动数据

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！

 Redis五大数据类型的增查删

String数据类型

概述：String是redis最基本的类型，最大能存储512MB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、序列化对象等

SET/GET/APPEND/STRLEN

 

INCR/DECR/INCRBY/DECRBY 

 

GETSET 

SETEX 

 SETNX

 MSET/MGET/MSETNX

List数据类型

概述：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

 LPUSH/LPUSHX/LRANGE

LPOP/LLEN 

LREM/LSET/LINDEX/LTRIM 

 LINSERT 

RPUSH/RPUSHX/RPOP/RPOPLPUSH 

Hash数据类型（散列类型)

概述：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。
如果Hash中包含很少的字段，那么该类型的数据也将仅占用很少的磁盘空间。每一个Hash可以存储4294967295个键值对。

HSET/HGET/HDEL/HEXISTS/HLEN/HSETNX

HINCRBY 

 HGETALL/HKEYS/HVALS/HMGET/HMSET

Set数据类型（无序集合） 

概述：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数据类型跟踪一些唯一性数据，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，可以用于维护数据对象之间的关联关系。比如所有购买某一电子设备的客户ID被存储在一个指定的Set中，而购买另外一种电子产品的客户ID被存储在另外一个Set中，如果此时我们想获取有哪些客户同时购买了这两种商品时，Set的intersections命令就可以充分发挥它的方便和效率的优势了。

SADD/SMEMBERS/SCARD/SISMEMBER

SPOP/SREM/SRANDMEMBER/SMOVE 

 Sorted Set数据类型（zset、有序集合）

概述：a、有序集合，元素类型为Sting，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。

ZADD/ZCARD/ZCOUNT/ZREM/ZINCRBY/ZSCORE/ZRANGE/ZRANK

 ZRANGEBYSCORE/ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE

ZREVRANGE/ZREVRANGEBYSCORE/ZREVRANK