NoSQL之Redis非关系型数据库

主流的关系型数据库包括 Oracle、MySQL、SQL Server、Microsoft Access、DB2、PostgreSQL 等。国内大多数据库都是基于PostgreSQL 二次开发的。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。**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 | 非关系型数据库 |
| 结构 | 二维表格模型 | 非二维表格式，不同的NoSQL采用不同的存储方式（比如键值对、文档、索引、图形结构、时间序列等） |
| 扩展方式 | 纵向扩展（提升单机的硬件性能） | 横向扩展（增加服务器节点数量） |
| 事务支持 | 基于ACID原则，对事务控制更稳定，细粒度更高 | 基于BASE原则，对事务控制的稳定性和细粒度不如SQL |
| 创建数据的方式 | 建库--->建表--->设计表结构--->插入数据字段内容 | 自带库--->自带数据集（表）--->创建键值对存储数据 |
| 典型代表 | MySQL Oracle PostgreSQL SQL-Server | Redis Memcached MongDB ElasticSearch Prometheus |
[关系型数据库和非关系型数据库区别总结]

非关系型数据库可用于应对Web2.0纯动态网站类型的三高问题

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

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。

二、Redis远程字典服务器

1）redis介绍

用C语言开发的，开源的，基于内存运行的NoSQL
存储结构：键值对（Key/Value KV）
数据类型：五大基础数据类型 string(字符串) list(列表) hash(哈希/散列) set(集合/无序集合) zset/sorted set(有序集合)
三种特殊的数据类型： HyperLogLogs(基数统计) Bitmaps(位图) geospatial(地理位置)
端口号：TCP/6379

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。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。

2）redis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10000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。

3）Redis 为什么那么快？

redis是基于内存运行，数据的读写都是在内存中完成的
数据结构简单，可以直接使用键值对的方式存储数据
数据读写采用单线程模型，避免了多线程切换带来的CPU性能损耗，同时也不用考虑各种锁的影响
采用 I/O 多路复用模型，非阻塞IO可以使网络线程处理更多的网络连接请求，提高了网络并发能力

4）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。

string：用于分布式锁、计数器（如记录访问次数、点赞转发数量）
list：用于消息队列、文章列表等
hash：用于缓存用户信息、购物车等
set：用于抽奖、共同关注、QQ内推等
zset：用于排行榜、抖音热搜等

三、Redis安装部署

1）系统初始化

bash 复制代码

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
vim /etc/selinux/config
    --->SELINUX=disabled

2）修改内核参数

bash 复制代码

配置内核参数添加配置
vim /etc/sysctl.conf
----------------------------------------------
vm.overcommit_memory = 1                     #内核允许超量使用内存直到用完为止，防止OOM杀死进程
net.core.somaxconn = 20480                    #指定处于监听状态的连接请求队列的最大长度
 
sysctl -p   #加载

3）安装依赖包、安装redis

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yum install -y gcc gcc-c++ make
cd /opt
rz -E
#redis-7.0.13.tar.gz
tar xf /opt/redis-7.0.13.tar.gz 
cd /opt/redis-7.0.13
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行配置，可直接执行make与make install命令进行安装

4）创建redis的工作目录并创建redis程序用户，将redis程序执行文件加入到系统环境变量中

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cd /usr/local/redis
mkdir conf log data
cd /opt/redis-7.0.13/
cp redis.conf /usr/local/redis/conf/
useradd -M -s /sbin/nologin redis
chown -R redis:redis /usr/local/redis

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vim /etc/profile
   ---> export PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin
source /etc/profile

5）修改redis.conf配置文件

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vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 192.168.170.200				            #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
tcp-backlog 20480                               #147行，修改参数为20480，与内核参数一致
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 123456							    #1037行，增加一行，设置redis密码

6）定义systemd服务管理脚本

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cd /usr/lib/systemd/system
vim 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
 
---------------------------------------------------------------------------------
systemctl daemon-reload
systemctl start redis-server.service
systemctl enable redis-server.service
netstat -lntp | grep 6379

四、redis命令工具的使用

redis-cli：Redis客户端命令行工具

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-server：Redis服务器启动命令

redis-sentinel：Redis哨兵集群使用

1）redis-cli命令行工具

语法：redis-cli -h 主机 -p 端口号 [-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

bash 复制代码

登录redis
redis-cli -h <redis服务器地址> -p <redis端口> -a <redis密码>

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<numreq>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。

bash 复制代码

//向IP 地址为192.168.170.200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 192.168.170.200 -p 6379 -a '123456' -c 100 -n 100000

//向IP 地址为192.168.170.200端口为6379的Redis服务器发送100个并发连接与100000个请求，每个连接数100个字节，仅显示每条命令执行的汇总信息（不显示分布图）
redis-benchmark -h 192.168.170.200 -p 6379 -a '123456' -c 100 -n 100000 -d 100 -p

//指定测试哪些命令的执行性能
redis-benchmark -h 192.168.170.200 -p 6379 -a '123456' -t set,get,lpush... -n 100000 -d 100-q

#测试存取大小为 100 字节的数据包的性能
redis-benchmark -h 192.168.170.200 -p 6379 -q -d 100 -a '123456'

3）Redis数据库常用命令

① redis通用操作

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。

多数据库相互独立，互不干扰。

del 键 #删除键

type 键 #查看键的数据类型

keys 键 #查询键，支持通配符 * ?

exists 键 #判断键是否存在

expire 键秒数 #为键设置过期时间

ttl 键 #查看键当前的过期时间，-1 永不过期，-2 已过期

rename 键新键 #重命名键，会覆盖已存在的键

renamenx 键新键 #重命名键，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redis密码

config get requirepass #查看redis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，如果目标库中有相同键，则操作会失败
flushdb #清空当前库所有键（慎用）
flushall #清空所有库所有键（慎用）

keys命令查看键

bash 复制代码

keys *            #查看当前数据库中所有键
keys c*           #查看当前数据库中以v开头的数据（支持通配符）
keys m????        #查看当前数据库中以z头后面包含任意四位的数据

exists命令判断键值是否存在，存在返回1，否则返回0。

bash 复制代码

exists 键名

设置键的过期时间

bash 复制代码

ttl 键                       #查看键当前的过期时间，-1 永不过期，-2 已过期
expire 键 时间               #已存在键设置时间（秒为单位），设置后立马开始倒计时
setex 键 秒数 值             #创建键并设置过期时间

rename是对已有key进行重命名（覆盖）

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rename 键 新键          #重命名键，会覆盖已存在的键
renamenx 键 新键       #重命名键，不会覆盖已存在的键

dbsize命令统计当前数据库中key的数目

bash 复制代码

dbsize                 #统计当前库中键的总数

config 修改密码

bash 复制代码

config set requirepass '密码'      #设置redis密码
config get requirepass            #查看redis密码
config set requirepass ''         #设置redis空密码

type查看数据类型

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type 键                #查看键的数据类型

② string数据类型

set：存放和设置string类型的键和值，命令格式为set 键名值
get：获取string类型的键值，命令格式为get 键名

append追加内容

bash 复制代码

append 键 追加内容

strlen命令获取键字符长度

bash 复制代码

strlen 键名                        #获取指定Key的字符长度。

incr、decr递增和递减

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incr 键名                       #该Key的值递增1，还可以直接创建值为1键
decr 键名                       #该Key的值递减1
只能递增递减数字
incrby mykey 10                 #增加指定的整数
decrby mykey 5                  #减少指定的整数

getset查询并重新设置值

bash 复制代码

getset 键名 数值   #在获取计数器原有值的同时，并将其设置为新值，这两个操作原子性的同时完成。

setnx创建键值对

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setnx mykey hello                #若键并不存在，会创建键
setnx mykey hello                #若键并存在，设置没有产生任何效果

mset、mget批量设置键

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mset key1 hello key2 world      #批量设置了key1和key2两个键。
mget key1 key2                  #批量获取了key1和key2两个键的值。
msetnx key3 hello key5 world    #批量设置key3和key5两个键，所有字段要么全被设置，要么全不被设置。但凡有一个key存在就不会产生任何效果，若不存在则会创建

③ 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、lrange

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lpush mykey a b c d     #mykey键并不存在，该命令会创建该键及与其关联的List，之后在将参数中的values从左到右依次插入。
lrange mykey 0 2        #取从位置0开始到位置2结束的3个元素。
lrange mykey 0 -1       #取链表中的全部元素，其中0表示第一个元素，-1表示最后一个元素。

lpushx

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lpushx mykey2 zhangsan       #mykey2键此时并不存在，因此lpushx命令将不会进行任何操作，其返回值为0。
lpushx mykey zhangsan lisi   #mykey键此时已经存在，所以lpushx命令插入成功，并返回链表中当前元素的数量。

lpop删除、llen统计元素

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lpop mykey            #移除并返回mykey键的第一个元素,从左取
llen mykey            #统计元素的数量

lrem从左边开始删除N个指定元素

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lrem mykey 2 a     #从头部(left)向尾部(right)变量链表，删除2个值等于a的元素，返回值为实际删除的数量

lindex、lset、ltrim

bash 复制代码

lindex mykey 1        #获取索引值为1(头部的第二个元素)的元素值。
lset mykey 1 e        #将索引值为1(头部的第二个元素)的元素值设置为新值e。
ltrim mykey 0 2       #仅保留索引值0到2之间的3个元素，注意第0个和第2个元素均被保留。

linsert

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linsert 键 before|after 元素 值  #在指定元素前|后插入
linsert mykey before a a1       #在a的前面插入新元素a1。
linsert mykey after e e2        #在e的后面插入新元素e2，从返回结果看已经插入成功。

rpush、rpop

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lpush 键 值1 值2 ....     #从左边开始插入元素
rpush 键 值1 值2 ....     #从右边开始插入元素
rpush mykey a b c d       #从链表的尾部插入参数中给出的values，插入顺序是从右到左依次插入。
RPOP mykey                #移除并返回mykey键的第一个元素。
rpoplpush mykey mykey2    #将mykey的尾部元素e弹出，同时再插入到mykey2的头部(原子性的完成这两步操作)。

④ 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

bash 复制代码

hset myhash field1 "zhang"        #给键值为myhash的键设置字段为field1，值为zhang。
hget myhash field1                #获取键值为myhash，字段为field1的值"zhang"
hdel myhash field2                #删除myhash键中字段名为field2的字段，删除成功返回1。
hmset 键 字段1 值1 字段2 值2 .... #插入多个字段、值
hkeys 键                          #查看所有的字段
hvals 键                          #查看所有字段的值

⑤ 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。

sadd、smembers、scard

bash 复制代码

sadd 键 值1 值2 ....         #元素不能重复
sismember 键  值             #查看是否包含某个值
smembers 键                  #查看元素，无序的
scard 键                     #统计元素的数量

srandmember、spop、srem、semove

bash 复制代码

srandmember 键 n        #随便显示n个元素
spop 键                 #随机显示并删除一个元素
srem 键 值1 值2 ...     #删除指定的元素
smove 键1 键2 值        #将键1的元素移动到键2中

⑥ zset（有序集合）

概述

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。

zadd、zrange、zcard、zcount、zrem、zincrby、zscore、zrevrangebyscore

bash 复制代码

zrank 键 值      #查看某个元素的位置
zadd 键 权重1 值1  权重2 值2  ....           #score权重是可以重复的，元素值是不可以重复的
zrange 键  起始位置  终止位置 [withscores]   #起始位置 0表示左边开始的第一个元素，终止位置 -1表示到最后一个元素；[withscores]添加会显示权重 
zrevrank 键 元素                            #根据权重降序排，查看第元素的位置 
zremrangebyrank 键 起始位置 终止位置         #删除位置N-M之间的元素

zcard 键 #统计元素的数量

zcount 键起始权重终止权重 #统计指定权重范围的元素数量

zrem 键值1 值2 ... #删除指定的元素
zincrby 键权重值 #添加新的元素或增加指定元素的权重（权重-1表示减1的意思）

zscore 键值 #查看指定键的值的权重

zrevrangebyscore #获取指定权重范围的内容

bash 复制代码

zrangebyscore myzset 2 4        #获取权重在2-4之间内容
zrangebyscore myzset (2 4       #获取权重在5-10之间内容，不包含5

zrevrangebyscore 键 起始权重  终止权重 [limit N M]   #查看指定权重范围的元素，按score从小到大，limit N M 表示只显示第N个之后的M个元素（不包括第N个元素）
zrangebyscore myzset -inf +inf limit 2 3    #-inf表示第一个成员（位置索引值最低的，即0），+inf表示最后一个成员（位置索引值最高的），limit后面的参数用于限制返回成员的值，2表示从位置索引等于2的成员开始，取后面3个成员。

zrevrange 降序排

bash 复制代码

zrevrange 键  起始位置  终止位置                    #降序查看
zrevrangebyscore 键 起始权重  终止权重 [limit N M]  #按权重进行查看