Redis学习之基础知识普及

1、 Redis安装(单机)

下载地址：http://redis.io/download
安装步骤：
# 安装gcc
yum install gcc

# 把下载好的redis-5.0.3.tar.gz放在/usr/local文件夹下，并解压
wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.3.tar.gz
tar xzf redis-5.0.3.tar.gz
cd redis-5.0.3

# 进入到解压好的redis-5.0.3目录下，进行编译与安装
make

# 修改配置
daemonize yes  #后台启动
protected-mode no  #关闭保护模式，开启的话，只有本机才可以访问redis
# 需要注释掉bind
#bind 127.0.0.1（bind绑定的是自己机器网卡的ip，如果有多块网卡可以配多个ip，代表允许客户端通过机器的哪些网卡ip去访问，内网一般可以不配置bind，注释掉即可）
#设置密码 设置密码后才能进行远程登录
password xxxx


# 启动服务
src/redis-server redis.conf

# 验证启动是否成功 
ps -ef | grep redis 

# 进入redis客户端 
src/redis-cli 
#登录
auth password

# 退出客户端
quit

# 关闭redis服务  
（1）pkill redis-server 
（2）kill 进程号                       
（3）src/redis-cli shutdown 

2、Redis基本数据结构

• String: 字符串
• Hash: 散列
• List: 列表
• Set: 集合
• Sorted Set: 有序集合

3、Redis常用命令

3.1、Redis 键(key)

命令	命令
DEL key该命令用于在 key 存在时删除 key。	EXISTS key检查给定 key 是否存在。
EXPIRE keyseconds为给定 key 设置过期时间，以秒计。	KEYS pattern查找所有符合给定模式( pattern)的 key
TTL key以秒为单位，返回给定 key 的剩余生存时间(TTL, time to live)。	TYPE key 返回 key 所储存的值的类型。

3.2、Redis 字符串(String)

命令	命令
SET key value 设置指定 key 的值	GET key 获取指定 key 的值。
GETRANGE key start end 返回 key 中字符串值的子字符	GETSET key value 将给定 key 的值设为 value ，并返回 key 的旧值(old value)。
SETEX key seconds value 将值 value 关联到 key ，并将 key 的过期时间设为 seconds (以秒为单位)。	SETNX key value 只有在 key 不存在时设置 key 的值。
SETRANGE key offset value 用 value 参数覆写给定 key 所储存的字符串值，从偏移量 offset 开始。	STRLEN key 返回 key 所储存的字符串值的长度。
MSET key value [key value …] 同时设置一个或多个 key-value 对。	MSETNX key value [key value …] 同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在。
INCR key 将 key 中储存的数字值增一。	INCRBY key increment将 key 所储存的值加上给定的增量值（increment）
DECR key 将 key 中储存的数字值减一。	DECRBY key decrementkey 所储存的值减去给定的减量值（decrement）

3.3、Redis hash 命令

命令	命令
HMSET key field1 value1 [field2 value2 ] 同时将多个 field-value (域-值)对设置到哈希表 key 中。	HSET key field value [field2 value2 ] 将哈希表 key 中的字段 field 的值设为 value
HSETNX key field value 只有在字段 field 不存在时，设置哈希表字段的值。	HVALS key 获取哈希表中所有值。
HLEN key 获取哈希表中字段的数量	HKEYS key 获取所有哈希表中的字段
HGET key field 获取存储在哈希表中指定字段的值。	HGETALL key 获取在哈希表中指定 key 的所有字段和值
HDEL key field1 [field2] 删除一个或多个哈希表字段	HEXISTS key field 查看哈希表 key 中，指定的字段是否存在。

3.4、Redis list 命令

添加操作
LPUSH key value1 [value2] 将一个或多个值插入到列表头部	LPUSHX key value 将一个值插入到已存在的列表头部 （key应该存在不存在插入不成功）
RPUSH key value1 [value2] 在列表中添加一个或多个值	RPUSHX key value 为已存在的列表添加值
LINSERT key BEFORE|AFTER pivot value在列表的元素前或者后插入元素 pivot需要插入元素的位置，value需要插入的值
查找操作	LRANGE key start stop 获取列表指定范围内的元素start 0 stop -1则获取所有
修改操作 ：	LSET key index value 通过索引设置列表元素的值
删除操作
RPOP key移除列表的最后一个元素，返回值为移除的元素	LPOP key移出并获取列表的第一个元素
BLPOP key1 [key2 ] timeout 移出并获取列表的第一个元素， 如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止	BRPOP key1 [key2 ] timeout 移出并获取列表的最后一个元素， 如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。
LREM key count value 移除列表元素	LTRIM key start stop 对一个列表进行修剪(trim)，就是说，让列表只保留指定区间内的元素，不在指定区间之内的元素都将被删除。
统计
LINDEX key index 通过索引获取列表中的元素	LLEN key 获取列表长度
其他
RPOPLPUSH source destination 移除列表的最后一个元素，并将该元素添加到另一个列表并返回	BRPOPLPUSH source destination timeout 从列表中弹出一个值，将弹出的元素插入到另外一个列表中并返回它； 如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。

3.5、Redis 集合(Set)

命令	命令
SADD key member1 [member2] 向集合添加一个或多个成员	SMEMBERS key 返回集合中的所有成员
SPOP key 移除并返回集合中的一个随机元素	SREM key member1 [member2] 移除集合中一个或多个成员

3.6、Redis 有序集合(sorted set)

命令	命令
ZADD key score1 member1 [score2 member2] 向有序集合添加一个或多个成员，或者更新已存在成员的分数	ZRANGE key start stop [WITHSCORES] 通过索引区间返回有序集合指定区间内的成员
ZRANK key member 返回有序集合中指定成员的索引	ZREM key member [member …] 移除有序集合中的一个或多个成员

3.7、Redis 高级命令

Info：查看redis服务运行信息，分为 9 大块，每个块都有非常多的参数，这 9 个块分别是:

Server 服务器运行的环境参数

Clients 客户端相关信息

Memory 服务器运行内存统计数据

Persistence 持久化信息

Stats 通用统计数据

Replication 主从复制相关信息

CPU CPU 使用情况

Cluster 集群信息

KeySpace 键值对统计数量信息

connected_clients:2                  # 正在连接的客户端数量

instantaneous_ops_per_sec:789        # 每秒执行多少次指令

used_memory:929864                   # Redis分配的内存总量(byte)，包含redis进程内部的开销                                      #和数据占用的内存
used_memory_human:908.07K            # Redis分配的内存总量(Kb，human会展示出单位)
used_memory_rss_human:2.28M          # 向操作系统申请的内存大小(Mb)（这个值一般是大于                                     #used_memory的，因为Redis的内存分配策略会产生内存碎  片）
used_memory_peak:929864              # redis的内存消耗峰值(byte)
used_memory_peak_human:908.07K       # redis的内存消耗峰值(KB)

maxmemory:0                         # 配置中设置的最大可使用内存值(byte),默认0,不限制
maxmemory_human:0B                  # 配置中设置的最大可使用内存值
maxmemory_policy:noeviction         # 当达到maxmemory时的淘汰策略

4、Redis的单线程和高性能

4.1、Redis是单线程吗？

Redis 的单线程主要是指 Redis 的网络 IO 和键值对读写是由一个线程来完成的，这也是 Redis 对外提供键值存储服务的主要流程。但 Redis 的其他功能，比如持久化、异步删除、集群数据同步等，其实是由额外的线程执行的。

4.2、Redis 单线程为什么还能这么快？

1. 纯内存级别的处理，数据的读写以及相应处理均在内存中进行。

2. 单线程避免了线程切换、加锁/解锁、线程竞争的消耗 。

3. 读写IO请求使用IO多路复用技术，一个线程可以同时处理多个Socket连接的读写请求事件

4. redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value，括数据类型、编码方式、数据指针、虚拟内存等

针对不同的场景使用对应的数据类型，减少内存使用的同时，节省网络流量传输。

5、疑问

5.1、Redis 单线程如何处理那么多的并发客户端连接？

Redis的IO多路复用：redis利用epoll来实现IO多路复用，将连接信息和事件放到队列中，依次放到文件事件分派器，事件分派器将事件分发给事件处理器。

# 查看redis支持的最大连接数，在redis.conf文件中可修改，# maxclients 10000
127.0.0.1:6379> CONFIG GET maxclients
##1) "maxclients"
##2) "10000"

5.2、Redis 的瓶颈？

​ CPU不是Redis的瓶颈，Redis的瓶颈最有可能是机器内存的大小或者网络带宽。

redis是单线程的，所有对于多核CPU来说无法发挥其优势，所以可以在一台机器上启动多个redis实例组成集群来充分使用机器的多核优势。

6、Redis持久化

6.1、RDB快照（snapshot）

在默认情况下， Redis 将内存数据库快照保存在名字为 dump.rdb 的二进制文件中。

你可以对 Redis 进行设置， 让它在“ N 秒内数据集至少有 M 个改动”这一条件被满足时， 自动保存一次数据集。

比如说， 以下设置会让 Redis 在满足“ 60 秒内有至少有 1000 个键被改动”这一条件时， 自动保存一次数据集：

**# save 60 1000 //**关闭RDB只需要将所有的save保存策略注释掉即可

还可以手动执行命令生成RDB快照，进入redis客户端执行命令save或bgsave可以生成dump.rdb文件，每次命令执行都会将所有redis内存快照到一个新的rdb文件里，并覆盖原有rdb快照文件。

6.1.1、bgsave的写时复制(COW)机制

Redis 借助操作系统提供的写时复制技术（Copy-On-Write, COW），在生成快照的同时，依然可以正常处理写命令。简单来说，bgsave 子进程是由主线程 fork 生成的，可以共享主线程的所有内存数据。bgsave 子进程运行后，开始读取主线程的内存数据，并把它们写入 RDB 文件。此时，如果主线程对这些数据也都是读操作，那么，主线程和 bgsave 子进程相互不影响。但是，如果主线程要修改一块数据，那么，这块数据就会被复制一份，生成该数据的副本。然后，bgsave 子进程会把这个副本数据写入 RDB 文件，而在这个过程中，主线程仍然可以直接修改原来的数据。

6.1.2、save与bgsave对比

命令	save	bgsave
IO类型	同步	异步
是否阻塞redis其它命令	是	否(在生成子进程执行调用fork函数时会有短暂阻塞)
复杂度	O(n)	O(n)
优点	不会消耗额外内存	不阻塞客户端命令
缺点	阻塞客户端命令	需要fork子进程，消耗内存

配置自动生成rdb文件后台使用的是bgsave方式。

6.2、AOF（append-only file）

快照功能并不是非常耐久（durable）： 如果 Redis 因为某些原因而造成故障停机， 那么服务器将丢失最近写入、且仍未保存到快照中的那些数据。从 1.1 版本开始， Redis 增加了一种完全耐久的持久化方式： AOF 持久化，将修改的每一条指令记录进文件appendonly.aof中(先写入os cache，每隔一段时间fsync到磁盘)

比如执行命令**“set zhuge 666”**，aof文件里会记录如下数据

 *3 
 $3
 set 
 $5 
 zhuge
 $3 
 666    

这是一种resp协议格式数据，星号后面的数字代表命令有多少个参数，$号后面的数字代表这个参数有几个字符

注意，如果执行带过期时间的set命令，aof文件里记录的是并不是执行的原始命令，而是记录key过期的时间戳

比如执行**“set tuling 888 ex 1000”**

你可以通过修改配置文件来打开 AOF 功能：

# appendonly yes           

从现在开始， 每当 Redis 执行一个改变数据集的命令时（比如 SET）， 这个命令就会被追加到 AOF 文件的末尾。

这样的话， 当 Redis 重新启动时， 程序就可以通过重新执行 AOF 文件中的命令来达到重建数据集的目的。

你可以配置 Redis 多久才将数据 fsync 到磁盘一次。

有三个选项：

appendfsync always：每次有新命令追加到 AOF 文件时就执行一次 fsync ，非常慢，也非常安全。 appendfsync everysec：每秒 fsync 一次，足够快，并且在故障时只会丢失 1 秒钟的数据。 appendfsync no：从不 fsync ，将数据交给操作系统来处理。更快，也更不安全的选择。   

​

推荐（并且也是默认）的措施为每秒 fsync 一次， 这种 fsync 策略可以兼顾速度和安全性。

6.2.1、AOF重写

AOF文件里可能有太多没用指令，所以AOF会定期根据内存的最新数据生成aof文件

例如，执行了如下几条命令：

127.0.0.1:6379> incr readcount
(integer) 1
127.0.0.1:6379> incr readcount
(integer) 2
127.0.0.1:6379> incr readcount
(integer) 3
127.0.0.1:6379> incr readcount
(integer) 4
127.0.0.1:6379> incr readcount
(integer) 5    

重写后AOF文件里变成

*3
$3
SET
$2
readcount
$1
5

如下两个配置可以控制AOF自动重写频率

#aof文件至少要达到64M才会自动重写，文件太小恢复速度本来就很快，重写的意义不大
auto-aof-rewrite-min-size 64mb   
#aof文件自上一次重写后文件大小增长了100%则再次触发重写
auto-aof-rewrite-percentage 100  

当然AOF还可以手动重写，进入redis客户端执行命令bgrewriteaof重写AOF

注意，AOF重写redis会fork出一个子进程去做(与bgsave命令类似)，不会对redis正常命令处理有太多影响

6.1.2、RDB 和 AOF ，我应该用哪一个？

命令	RDB	AOF
启动优先级	低	高
体积	小	大
恢复速度	快	慢
数据安全性	容易丢数据	根据策略决定

生产环境可以都启用，redis启动时如果既有rdb文件又有aof文件则优先选择aof文件恢复数据，因为aof一般来说数据更全一点。

6.3、Redis 4.0 混合持久化

重启 Redis 时，我们很少使用 RDB来恢复内存状态，因为会丢失大量数据。我们通常使用 AOF 日志，但是AOF 日志性能相对 RDB来说要慢很多，这样在 Redis 实例很大的情况下，启动需要花费很长的时间。 Redis 4.0 为了解决这个问题，带来了一个新的持久化选项——混合持久化。

通过如下配置可以开启混合持久化(必须先开启aof)：

aof-use-rdb-preamble yes                

如果开启了混合持久化，AOF在重写时，不再是单纯将内存数据转换为RESP命令写入AOF文件，而是将重写这一刻之前的内存做RDB快照处理，并且将RDB快照内容和增量的AOF修改内存数据的命令存在一起，都写入新的AOF文件，新的文件一开始不叫appendonly.aof，等到重写完新的AOF文件才会进行改名，覆盖原有的AOF文件，完成新旧两个AOF文件的替换。

于是在 Redis 重启的时候，可以先加载 RDB 的内容，然后再重放增量 AOF 日志就可以完全替代之前的 AOF 全量文件重放，因此重启效率大幅得到提升。
混合持久化AOF文件结构如下