【Redis/2】核心特性、应用场景与安装配置

文章目录

[一、初识 Redis](#一、初识 Redis)
- [1.1 Redis 概述](#1.1 Redis 概述)
- - [1. Redis 简介](#1. Redis 简介)
  - [2. Redis 的发展历程](#2. Redis 的发展历程)
- [1.2 Redis 核心特性](#1.2 Redis 核心特性)
- - [1. 高性能](#1. 高性能)
  - [2. 丰富的数据类型](#2. 丰富的数据类型)
  - [3. 持久化](#3. 持久化)
  - [4. 原子操作](#4. 原子操作)
  - [5. 主从复制](#5. 主从复制)
  - [6. 高可用性与分布式](#6. 高可用性与分布式)
  - [7. 内存存储与低延迟](#7. 内存存储与低延迟)
  - [8. 灵活的过期策略](#8. 灵活的过期策略)
  - [9. 事务支持](#9. 事务支持)
  - [10. 简单的 API](#10. 简单的 API)
  - 总结
- [1.3 Redis 应用场景](#1.3 Redis 应用场景)
- - [Redis 适用场景](#Redis 适用场景)
  - [Redis 不适用场景](#Redis 不适用场景)
- [1.4 Redis 版本](#1.4 Redis 版本)
[二、Redis 安装与基础操作](#二、Redis 安装与基础操作)
- [2.1 安装 Redis](#2.1 安装 Redis)
- [2.2 支持远程连接](#2.2 支持远程连接)
- [2.3 Redis 基础控制](#2.3 Redis 基础控制)
[三、Redis 重要文件 & 作用](#三、Redis 重要文件 & 作用)
- [3.1 工具 & 脚本](#3.1 工具 & 脚本)
- [3.2 配置文件](#3.2 配置文件)
- [3.3 持久化文件存储目录](#3.3 持久化文件存储目录)
- [3.4 日志文件目录](#3.4 日志文件目录)
[四、Redis 命令行客户端](#四、Redis 命令行客户端)
- [4.1 连接Redis服务器的两种模式](#4.1 连接Redis服务器的两种模式)
- - [1. 交互式连接（推荐用于日常操作）](#1. 交互式连接（推荐用于日常操作）)
  - [2. 命令行模式（适合脚本调用）](#2. 命令行模式（适合脚本调用）)
- [4.2 连接参数简化技巧](#4.2 连接参数简化技巧)
- [4.3 高级连接技巧](#4.3 高级连接技巧)
- [4.4 连接问题排查](#4.4 连接问题排查)

一、初识 Redis

1.1 Redis 概述

1. Redis 简介

Redis（Remote Dictionary Server） 是一款高性能的 键值存储（Key-Value Store） 数据库，属于 NoSQL 数据库的一种。相较于传统键值数据库，Redis 的核心优势在于其支持 多种数据结构，包括：

String（字符串）
Hash（哈希表）
List（列表）
Set（集合）
Sorted Set（有序集合）
Bitmaps（位图）
HyperLogLog（基数统计）
GEO（地理空间索引）

由于 Redis 数据主要存储在内存中 ，其读写性能极高（可达 10万+ QPS ）。同时，Redis 提供 持久化机制（RDB 快照和 AOF 日志），确保数据在宕机或故障时不会丢失。

此外，Redis 还支持：

键过期（Key Expiration）
发布订阅（Pub/Sub）
事务（Transactions）
流水线（Pipeline）
Lua 脚本（Lua Scripting）

2. Redis 的发展历程

2008 年 ：Redis 由 Salvatore Sanfilippo（@antirez） 开发，最初用于优化其项目 LLOOGG 的队列性能（替代 MySQL）。
2009 年：Redis 1.0 开源发布，迅速获得广泛关注。
至今：Redis 已成为全球最受欢迎的 内存数据库 之一，被众多 大型互联网公司 采用。

1.2 Redis 核心特性

MySQL 主要通过表存储数据，"关系型数据库"
Redis 通过 键值对 存储数据，"非关系型数据库"

根据官方的介绍，Redis 具有以下特性和优点：

1. 高性能

Redis 提供极高的读写性能，能在毫秒级的时间内完成数据操作。
支持单线程架构，利用事件循环处理多个客户端请求，避免了上下文切换的开销。
从网络角度上，Redis 使用了IO多路复用的机制（epoll）
Redis是C语言开发的，从某种程度上也减少了延迟以及提高了处理速度

2. 丰富的数据类型

除了传统的键值对数据存储，Redis 支持多种复杂的数据类型，如：
- 字符串（String）
- 哈希（Hash）
- 列表（List）
- 集合（Set）
- 有序集合（Sorted Set）
- 位图（Bitmap）
- HyperLogLog（用于基数统计）
- 地理空间（Geospatial）

3. 持久化

Redis 提供了两种持久化机制：
- RDB（Redis 数据库快照）：通过定期将数据保存到磁盘中来持久化数据。
- AOF（追加文件）：每次对 Redis 进行写操作时，将操作命令追加到日志文件中。
这两种方式可以结合使用，以确保数据的持久性和高可用性。

4. 原子操作

Redis 提供对数据的原子操作支持，确保在并发情况下，数据的修改不会发生冲突或不一致。

5. 主从复制

Redis 支持主从复制机制，可以通过复制将数据同步到多个从节点，从而提高数据的可用性与读取性能。

6. 高可用性与分布式

Redis 通过 Redis Sentinel 实现高可用性，能够自动故障转移（failover），保证系统的持续可用性。
Redis Cluster 支持分布式部署，可以自动分片（sharding），以支持大规模的数据存储。

7. 内存存储与低延迟

Redis 完全基于内存（RAM）操作，具有极低的延迟。
适用于高频的读写操作，如实时应用程序、缓存等。

8. 灵活的过期策略

Redis 支持键值对的过期时间设置，可以自动删除过期的数据。
支持 LRU（Least Recently Used）算法来清除最少使用的键，帮助控制内存使用。

9. 事务支持

Redis 提供了事务机制，支持 MULTI 、EXEC 、WATCH 等命令来实现一组操作的原子执行。

10. 简单的 API

Redis 提供了非常简单直观的 API，易于集成和使用，支持多种编程语言，如 Python、Java、C、Go 等。

总结

下图是总结了Redis的核心功能：

速度快：由于是内存数据库，读取速度极快。
数据结构丰富：支持多种数据结构，能够满足不同场景的需求。
高可用性：通过复制和故障转移机制确保系统的高可用性。
易于扩展：支持分片和分布式架构，能轻松扩展为大规模分布式系统。
灵活性强：支持多种持久化方案和过期策略。

1.3 Redis 应用场景

Redis 适用场景

缓存
- Web缓存：Redis 常被用作缓存系统，以提高Web应用的响应速度和减轻数据库的负载。它通过存储热数据，避免重复查询数据库。
- 页面缓存：可以将渲染过的页面存储在 Redis 中，从而快速返回给用户，减少服务器端渲染负担。
- 数据库查询结果缓存：将数据库查询结果缓存在 Redis 中，避免对数据库的重复查询，减少数据库负载。
会话存储（Session Store）
- Redis 常被用作会话存储，尤其是在处理大量用户会话时。由于 Redis 支持键值对存储和高效的过期策略，非常适合存储用户会话数据。
- 它能支持高并发的读写，并且提供自动过期功能，确保会话数据能在合理时间后自动清理。
实时数据分析
- Redis 的快速读写能力使它非常适合做实时数据分析。例如，使用 Redis 存储网站的实时访问数据、用户活动数据等。
- 计数器：利用 Redis 的自增操作，可以很方便地实现点击计数、PV（页面浏览量）和 UV（独立访客数）等功能。
- 实时流数据处理 ：借助 Redis 的列表和集合等数据结构，可以实时处理和分析大量流数据。
排行榜/计分系统
- 有序集合（Sorted Set） 是 Redis 的一项强大功能，非常适合实现排行榜和计分系统。通过有序集合，可以高效地存储并排序用户分数。
- 常见应用如在线游戏的排行榜、社交平台的用户积分等。
消息队列（Message Queue）
- Redis 可以作为高效的消息队列系统，支持 发布/订阅（Pub/Sub） 模式以及列表结构作为队列实现。
- 它可以用来在分布式系统中进行异步任务处理、事件通知等场景。其快速的生产者/消费者模型能够实现低延迟的消息传递。
实时聊天系统
- Redis 的发布/订阅模型（Pub/Sub）常常用于实现实时消息推送系统。通过 Redis，用户可以在不同的聊天室中实时交换消息。
- 该功能非常适合社交应用、即时通讯工具、在线客服等场景。
队列任务系统
- Redis 的列表（List）数据结构非常适合用来实现任务队列，支持 LPUSH 和 RPOP 等原子操作，可以高效地进行任务的推送和消费。
- 例如，后台任务处理、异步任务分发等场景。
分布式锁
- 在分布式系统中，Redis 可以作为分布式锁的实现方式。通过 Redis 提供的 SETNX 命令，多个进程可以竞争获取锁，确保资源在同一时刻只被一个进程访问。
- 这种锁的机制可广泛应用于分布式系统中的资源控制、事务管理等场景。

Redis 不适用场景

站在数据规模的角度看，数据可以分为大规模数据和小规模数据；我们知道 Redis 的数据是存在内存中的，如果数据量过于大的情况下，使用Redis经济成分很高（内存的价格远高于磁盘）

站在数据冷热的角度看，数据分为热数据与冷数据；热数据通常指需要频繁操作的数据，反之为冷数据，对于一个视频网站来说，视频的基本信息就属于热数据，用户观看记录一般情况下不会经常访问，属于冷数据。

如果将这些冷数据放在Redis中，就浪费了其内存空间。这些冷数据就不适合放在Redis中。

即将那些要经常被访问的数据放到内存中，而不经常被访问的放在磁盘中存储。

1.4 Redis 版本

Redis 借鉴了 Linux 操作系统的版本号命名规则：如果版本号的第二位是奇数，则表示该版本为非稳定版本（例如 2.7、2.9、3.1）；如果是偶数，则为稳定版本（例如 2.6、2.8、3.0、3.2）。当前的奇数版本是下一个稳定版本的开发版本，例如 2.9 是 3.0 版本的开发版本。因此，生产环境通常选择偶数版本的 Redis。如果希望提前体验新的特性，可以选择最新的奇数版本。

二、Redis 安装与基础操作

下面相关的安装与操作部分主要以Ubuntu系统为主进行介绍：

2.1 安装 Redis

在 Ubuntu 系统中，直接使用 apt 安装即可：

bash 复制代码

apt install redis -y # -y 自动确认安装过程中的提示

Windows 系统安装reids：
- https://github.com/tporadowski/redis/releases
- 进入github对应的目录下，直接下载压缩包或安装包msi
- 安装后reids目录内容如下：

2.2 支持远程连接

Ubuntu 系统修改 /etc/redis/redis.conf

修改 bind 127.0.0.1 为 bind 0.0.0.0
修改 protected-mode yes 改为 protected-mode no

Windows 系统修改下载目录下的 redis.windows-service.conf

2.3 Redis 基础控制

启动 Redis 服务
bash 复制代码
```
service redis-server start
```
停止 Redis 服务
bash 复制代码
```
service redis-server stop
```
重启 Redis 服务
bash 复制代码
```
service redis-server restart
```

三、Redis 重要文件 & 作用

3.1 工具 & 脚本

下面是一些Redis中重要的工具与脚本，用于服务器的管理、性能测试、监控、数据文件的检查与修复等功能：

文件路径	解释	作用
`/usr/bin/redis-benchmark`	Redis 基准测试工具	用于测试 Redis 服务器性能。可以模拟大量并发操作来评估 Redis 的性能表现。
`/usr/bin/redis-check-aof`	AOF 文件检查工具	用于检查和修复 Redis 的 AOF（追加文件）日志。如果 Redis 崩溃或数据不一致，可以使用它来检查和修复 AOF 文件。
`/usr/bin/redis-check-rdb`	RDB 文件检查工具	用于检查和修复 Redis 的 RDB（数据库快照）文件。如果 RDB 文件损坏或不完整，可以使用该工具进行修复。
`/usr/bin/redis-cli`	Redis 命令行客户端	通过命令行连接到 Redis 服务器，允许用户发送 Redis 命令进行交互、管理 Redis 实例。
`/usr/bin/redis-sentinel`	Redis Sentinel 监控工具	用于管理 Redis 集群的高可用性。它监控主服务器的健康状态，并在主服务器发生故障时，自动切换到备用服务器。
`/usr/bin/redis-server`	Redis 服务器启动程序	启动 Redis 服务器实例，处理所有客户端的请求并执行数据存储和查询操作。
`/usr/libexec/redis-shutdown`	Redis 关闭服务脚本	用于优关闭 Redis 服务器，确保数据被正确保存并释放资源。

3.2 配置文件

bash 复制代码

/etc/redis-sentinel.conf
/etc/redis.conf

/etc/redis.conf 是 Redis 服务器的配置文件。
/etc/redis-sentinel.conf 是 Redis Sentinel 的配置文件。

3.3 持久化文件存储目录

bash 复制代码

/var/lib/redis/

Redis 持久化生产的 RDB 和 AOF ⽂件都默认生成于该目录下。

3.4 日志文件目录

bash 复制代码

/var/log/redis/

该目录下会保存 Redis 运行期间产生的日志文件，默认按照天数进行分割，并会将一定日期的日期文件使用gzip格式压缩保存。

四、Redis 命令行客户端

Redis客户端与服务端的交互过程如下图：

4.1 连接Redis服务器的两种模式

1. 交互式连接（推荐用于日常操作）

连接命令格式：

bash 复制代码

redis-cli -h {host} -p {port}

典型使用场景：

需要连续执行多个命令
调试和开发环境
需要查看命令返回值的场景

操作示例：

bash 复制代码

$ redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379
127.0.0.1:6379> ping  # 测试连接
PONG
127.0.0.1:6379> set user:1001 "张三"  # 设置键值
OK
127.0.0.1:6379> get user:1001  # 获取值
"张三"
127.0.0.1:6379> info memory  # 查看内存信息

2. 命令行模式（适合脚本调用）

命令格式：

bash 复制代码

redis-cli -h {host} -p {port} {command}

适用场景：

Shell脚本中调用Redis命令
需要直接获取命令结果的场景
自动化任务执行

使用示例：

bash 复制代码

$ redis-cli ping  # 测试连接
PONG
$ redis-cli set counter 100  # 设置值
OK
$ redis-cli incr counter  # 原子递增
(integer) 101
$ redis-cli --raw get counter  # 原始格式输出
101

4.2 连接参数简化技巧

默认连接配置：

当连接本地服务器(127.0.0.1)和默认端口(6379)时，可省略参数：

bash 复制代码

redis-cli  # 等同于 redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379

常用连接选项：

参数	说明	示例
-a	认证密码	`redis-cli -a password`
-n	选择数据库	`redis-cli -n 1`
--raw	原始格式输出	`redis-cli --raw get key`
--stat	实时监控	`redis-cli --stat`

4.3 高级连接技巧

1. 批量命令执行

bash 复制代码

$ redis-cli <<EOF
SET user:1002 "李四"
EXPIRE user:1002 3600
GET user:1002
EOF

2. 管道操作（提升批量操作性能）

bash 复制代码

$ echo -e "SET key1 value1\nGET key1" | redis-cli --pipe

3. TLS安全连接（Redis 6.0+）

bash 复制代码

redis-cli --tls --cert ./redis.crt --key ./redis.key

4.4 连接问题排查

常见错误处理：

连接拒绝：
bash 复制代码
```
$ redis-cli
Could not connect to Redis at 127.0.0.1:6379: Connection refused
```
解决方案：
- 确认Redis服务已启动：ps aux | grep redis
- 检查防火墙设置

认证失败：

bash 复制代码

(error) NOAUTH Authentication required

解决方案：

bash 复制代码

redis-cli -a yourpassword

连接超时：
解决方案：
bash 复制代码
```
redis-cli -h remote_host --timeout 5
```