Redis

关系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 = 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 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。

（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。

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

非关系数据库

1、数据保存在缓存中，利于读取速度/查询数据

2、架构中位置灵活

3、分布式、扩展性高

关系数据库

1、安全性高（持久化）

2、事务处理能力强

3、任务控制能力强

4、可以做日志备份、恢复、容灾的能力更强一点。

总结：

关系型数据库：

实例-->数据库-->表(table)-->记录行(row)、数据字段(column)------》存储数据

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）。

缓存的概念：

缓存是一种用于存储临时数据副本的技术，目的是提高数据访问速度和性能。

缓存通常位于数据的访问路径上，可以在不直接访问原始数据源的情况下提供对数据的快速访问。

缓存数据：缓存存储的是原始数据的副本。这可以是计算结果、数据库查询结果、文件内容等。

缓存命中：当请求的数据在缓存中找到时，发生了缓存命中。这避免了对原始数据源的访问，提高了访问速度。

缓存未命中：当请求的数据在缓存中未找到时，发生了缓存未命中。

系统将不得不从原始数据源中检索数据，然后将其存储在缓存中以供将来使用。

缓存淘汰：当缓存空间不足时，系统需要决定哪些数据应该被淘汰以腾出空间。

这通常是基于一些策略，例如最近最少使用（LRU）或先进先出（FIFO）。

缓存策略：缓存系统使用不同的策略来确定哪些数据应该被缓存、保留多长时间以及何时淘汰。

这包括淘汰策略（LRU、LFU）、缓存过期策略等。

缓存层次结构：复杂系统中可能存在多个层次的缓存，从本地内存到分布式缓存，甚至是内容分发网络（CDN）。

缓存透明性：缓存应该对应用程序透明，应用程序无需了解缓存的存在，缓存应该自动处理。

分布式缓存：在分布式系统中，缓存通常以分布式方式部署，以支持大规模的应用程序。

缓存的使用可以显著提高系统性能，减轻原始数据源的负载，并降低数据访问延迟。

常见的缓存应用包括 Web 页面缓存、数据库查询缓存、对象缓存等。

介绍

Redis是一个开源、基于内存、使用C语言编写的key-value数据库，并提供了多种语言的API。它的数据结构十分丰富，主要可以用于数据库、缓存、分布式锁、消息队列等...

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。

五大数据类型

优缺点

（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。

（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采用单线程的原因

首先要明确的是Redis单线程指的是网络IO和键值对读写是由一个线程来完成的，但Redis持久化、集群数据等是由额外的线程执行的。了解Redis使用单线程之前可以先了解一下多线程的开销。

通常情况下，使用多线程可以增加系统吞吐率或者可以增加系统扩展性，但多线程通常会存在同时访问某些共享资源，为了保证访问共享资源的正确性，就需要有额外的机制进行保证，这个机制首先会带来一定的开销。其实对于多线程并发访问的控制一直是一个难点问题，如果没有精细的设计，比如说，只是简单地采用一个粗粒度互斥锁，就会出现不理想的结果。即使增加了线程，大部分线程也在等待获取访问共享资源的互斥锁，并行变串行，系统吞吐率并没有随着线程的增加而增加。

redis运行速度快的原因

Redis是基于内存的，绝大部分请求都是内存操作，十分的迅速。

Redis具有高效的底层数据结构，为优化内存，对每种类型基本都有两种底层实现方式。

主要执行过程是单线程，避免了不必要的上下文切换和资源竞争，不存在多线程导致的CPU切换和锁的问题。

IO多路复用机制：使其在网络IO操作中能并发处理大量的客户端请求从而实现高吞吐率。

redis的安装配置

#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

---------------------- 虚线内是注释 ----------------------------------------------------

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

Cli Executable : /usr/local/bin/redis-cli #客户端命令工具

#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的启动配置

#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 127.0.0.1 192.168.73.105 #监听的IP地址，同时是一种指定远程登录的方式

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的命令工具

redis-cli：Redis 命令行工具

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 192.168.72.60 -p 6379 [-a 密码]

redis-benchmark 测试工具

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<numreg>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

redis的简单操作

redis键值对的存取

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

redis键值列表的获取

键值的设置：

192.168.73.105:6379> set v1 1

192.168.73.105:6379> set v2 2

192.168.73.105:6379> set v3 4

192.168.73.105:6379> set k1 5

192.168.73.105:6379> set k2 6

192.168.73.105:6379> set k3 7

192.168.73.105:6379> set k4 8

获取全部列表

keys *

获取以某字符为开头任意长度的键

keys v*

keys k*

获取以某字符为开头，后面为指定长度的键

keys v?

keys v??

keys v???

keys v????

判断键是否存在

exists 键

#返回结果为0 则为不存在，返回为1即为存在

删除键

del 键

查看键存储的数据类型

type 键

hash值创建：

192.168.233.7:6379> HSET ky32 guoqi tall

(integer) 1

192.168.233.7:6379> HGET ky32 guoqi

"tall"

192.168.233.7:6379> hset guoqi tall yes handson no

(integer) 2

192.168.233.7:6379> HGET guoqi tall

"yes"

192.168.233.7:6379> HMGET guoqi tall handson

"yes"
"no"

192.168.233.7:6379> HMSET guoqi cool yes

192.168.233.7:6379> HMSET guoqi cool 23

192.168.233.7:6379> HMGET guoqi tall handson cool

"yes"
"no"
"23"

192.168.233.7:6379> HDEL guoqi handson

(integer) 1

192.168.233.7:6379> HMGET guoqi tall cool

"cool"
"sexy"

rename 重命名

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 重命名

------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

设置和清空密码

#设置redis的登录密码

config set requirepass password

#查看redis的密码

config get requirepass

#清空密码

config set requirepass ''

Redis多数据库操作

多数据库间切换select

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

move 键值序号（库的序号）

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，

redis的常见错误与解决方案

8.1 Redis常见运维故障

1 使用 keys* 把库堵死。------建议使用别名把这个命令改名。

2 超过内存使用后,部分数据被删除。------这个有删除策略的,选择适合自己的即可。

3 没开持久化，却重启了实例,数据全掉。------记得非缓存的信息需要打开持久化。

4 RDB的持久化需要 Vm.overcommit_memory=1 ，否则会持久化失败。

5 没有持久化情况下,主从,主重启太快,从还没认为主挂的情况下,从会清空自己的数据，人为重启主节点前,先关闭从节点的同步。

8.2 Redis故障排查

1 结合Redis 监控查看QPS、缓存命中率、内存使用率等信息。

2 确认机器层面的资源是否有异常。

3 故障时及时上机，使用 redis-cli monitor 打印出操作日志，然后分析（事后分析此条失效）。

4 和研发沟通，确认是否有大Key在堵塞（大Key也可以在日常的巡检中获得）和组内同事沟通，确实是否有误操作。

5 和运维同事、研发一起排查流量是否正常，是否存在被刷的情况。