Redis数据库基础

NoSQL（内存/缓存型数据库）：相比于其他的内存/缓存数据库，redis可以方便的实现持久化的功能（保存至磁盘中）

一、关系数据库与非关系数据库概述

1、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** 等。

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。

主流的 NoSQL 数据库有 **Redis、MongBD、Hbase、Memcached、Varnish** 等。

3、关系数据库与非关系数据库的区别

（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。

| 关系型 | 依赖于关系模型E-R图，同时以表格形式的方式存储数据 |

| --- | --- |

| 非关系型 | 除了以表格形式存储之外，通常会以大块的形式组合在一起进行存储数据 |

（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客服。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。

| 关系型数据库 | 纵向 | 天然表格式 |

| --- | --- | --- |

| 非关系型数据库 | 横向 | 天然分布式 |

（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。

| 关系型 | 特别适合高事务性要求和需要执行控制执行计划的任务 |

| --- | --- |

| 非关系型 | 此处会稍显弱势，其价值点在于高扩展性和大数据量方面 |

4、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

| High performance | 对数据库高并发读写要求 |

| --- | --- |

| 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 |

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。

总结

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）

二、Redis简介

Redis 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（支持存储在磁盘里），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。

1、Redis服务器程序的单进程模型

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。

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。

建议可以开2个线程

原因：

1、备份

2、提高并发的同时尽量不要给CPU造成太大的压力

2、Redis的优点

（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）支持丰富的数据类型：支持 key-value、Strings、Lists、Hashes、Sets 及 Ordered Sets 等数据类型操作。

| string | 字符串（可以为整型、浮点型和字符串，通称为元素） |

| --- | --- |

| list | 列表（实现队列，元素不唯一，先入先出原则） |

| set | 集合（各不相同的元素） |

| hash | hash散列值（hash的key必须是唯一的） |

| ordered set | 有序集合 |

（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。

（5）支持数据备份，即 master-salve 模式的数据备份。

Redis作为基于内存运行的数据库，**缓存是其最常应用的场景之一。

除此之外，Redis常见应用场景还包括获取最新N个数据的操作、排行榜类应用、计数器应用、存储关系、实时分析系统、日志记录。

3、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。

4、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。

5、Redis的数据类型

String（字符串）

list（双向列表）：

Hash（哈希）：

set（集合）：

zset（有序集合）：

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。

三、Redis部署

环境准备

演示环境不用做。

修改内核参数

vim /etc/sysctl.conf

vm.overcommit_memory = 1

net.core.somaxconn =10000

sysctl -p

安装redis

官方网站：https://redis.io/

编译安装redis

yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf /root/redis-7.2.4.tar.gz -C /opt/

cd /root/redis-7.2.4

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 /root/redis-7.2.4/redis.conf /usr/local/redis/conf/

实际生产环境部署必须不能使用root用户运行redis，假如yum安装过redis需要删除redis账户再进行创建。

useradd -M -s /sbin/nologin redis

chown -R redis.redis /usr/local/redis/

命令优化

ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

yum安装redis,安装版本较低

yum install -y redis

环境变量

vim /etc/profile

PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin 增加一行

source /etc/profile

1、配置文件

cp redis.conf 6379.conf

cat 6379.conf | grep -v "^#" | grep -v "^$"

bind 127.0.0.1 192.168.115.111 ：绑定的 IP 地址，Redis 将只在这些 IP 上监听连接请求。

protected-mode no ：关闭保护模式，允许外部访问 Redis 服务器。

port 6379 ：Redis 服务器监听的端口，默认为 6379。

tcp-backlog 511 ：TCP 连接的 backlog 数量。

timeout 0 ：客户端连接的超时时间，0 表示没有超时。

tcp-keepalive 300 ：TCP 连接的保活时间。

daemonize yes ：以守护进程方式运行 Redis。

pidfile /usr/local/redis/log/6379.pid ：保存 PID 的文件路径。

loglevel notice ：日志级别。

logfile "/usr/local/redis/log/6379.log" ：日志文件的路径。

databases 16 ：Redis 数据库的数量。

always-show-logo no ：不总是显示启动时的 logo。

set-proc-title yes ：设置进程标题。

proc-title-template "{title} {listen-addr} {server-mode}" ：进程标题的模板。

locale-collate "" ：本地化排序设置。

stop-writes-on-bgsave-error yes ：在后台保存时出现错误则停止写入。

rdbcompression yes ：RDB 文件压缩。

rdbchecksum yes ：RDB 文件校验。

dbfilename dump.rdb ：RDB 文件名。

rdb-del-sync-files no ：不同步删除 RDB 文件。

dir /usr/local/redis/data/ ：数据文件存储目录。

replica-serve-stale-data yes ：从服务器可以提供过期数据。

replica-read-only yes ：从服务器只读。

repl-diskless-sync yes ：无磁盘复制。

repl-diskless-sync-delay 5 ：无磁盘复制的延迟。

repl-diskless-sync-max-replicas 0 ：无磁盘复制的最大从服务器数量。

repl-diskless-load disabled ：禁用无磁盘加载。

repl-disable-tcp-nodelay no ：不禁用 TCP_NODELAY。

replica-priority 100 ：从服务器的优先级。

acllog-max-len 128 ：ACL 日志的最大长度。

lazyfree-lazy-eviction no ：不延迟释放被驱逐的键。

lazyfree-lazy-expire no ：不延迟释放过期的键。

lazyfree-lazy-server-del no ：不延迟释放服务器删除的键。

replica-lazy-flush no ：不延迟从服务器的 flush。

lazyfree-lazy-user-del no ：不延迟释放用户删除的键。

lazyfree-lazy-user-flush no ：不延迟释放用户 flush 的键。

oom-score-adj no ：不调整 OOM（内存不足）分数。

oom-score-adj-values 0 200 800 ：OOM 分数的值。

disable-thp yes ：禁用透明大页（Transparent HugePages）。

appendonly no ：不使用 AOF（Append Only File）持久化。

appendfilename "appendonly.aof" ：AOF 文件名。

appenddirname "appendonlydir" ：AOF 文件存储目录。

appendfsync everysec ：AOF 同步策略。

no-appendfsync-on-rewrite no ：在重写时不同步 AOF。

auto-aof-rewrite-percentage 100 ：自动重写 AOF 的百分比。

auto-aof-rewrite-min-size 64mb ：自动重写 AOF 的最小大小。

aof-load-truncated yes ：加载不完整的 AOF。

aof-use-rdb-preamble yes ：AOF 使用 RDB 作为前缀。

aof-timestamp-enabled no ：AOF 中不记录时间戳。

slowlog-log-slower-than 10000 ：慢日志记录的阈值。

slowlog-max-len 128 ：慢日志的最大长度。

latency-monitor-threshold 0 ：延迟监控的阈值。

notify-keyspace-events "" ：发布订阅的事件。

hash-max-listpack-entries 512 ：哈希列表的最大条目数。

hash-max-listpack-value 64 ：哈希列表的最大值。

list-max-listpack-size -2 ：列表的最大 Listpack 大小。

list-compress-depth 0 ：列表压缩深度。

set-max-intset-entries 512 ：集合整数集的最大条目数。

set-max-listpack-entries 128 ：集合列表的最大条目数。

set-max-listpack-value 64 ：集合列表的最大值。

zset-max-listpack-entries 128 ：有序集合列表的最大条目数。

zset-max-listpack-value 64 ：有序集合列表的最大值。

hll-sparse-max-bytes 3000 ：HyperLogLog 稀疏格式的最大字节数。

stream-node-max-bytes 4096 ：Stream 节点的最大字节数。

stream-node-max-entries 100 ：Stream 节点的最大条目数。

activerehashing yes ：激活重哈希。

client-output-buffer-limit normal 0 0 0 ：普通客户端输出缓冲区限制。

client-output-buffer-limit replica 256mb 64mb 60 ：从客户端输出缓冲区限制。

client-output-buffer-limit pubsub 32mb 8mb 60 ：发布订阅客户端输出缓冲区限制。

hz 10 ：时间事件的频率。

dynamic-hz yes ：动态调整 hz。

aof-rewrite-incremental-fsync yes ：AOF 重写时增量同步。

rdb-save-incremental-fsync yes ：RDB 保存时增量同步。

jemalloc-bg-thread yes ：使用 jemalloc 后台线程。

修改配置文件

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf

bind 127.0.0.1 192.168.115.111 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/6379.pid 341行，指定 PID 文件

logfile "/usr/local/redis/log/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 123.com 1037行，增加一行，设置redis密码

定义systemd服务管理脚本，不建议

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/6379.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

2、Redis 命令工具

redis-server：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：客户端命令行工具

redis-sentinel：哨兵集群使用

redis-server

Usage: ./redis-server [/path/to/redis.conf] [options] [-]

./redis-server - (read config from stdin)

./redis-server -v or --version

./redis-server -h or --help

./redis-server --test-memory <megabytes>

./redis-server --check-system

Examples:

./redis-server (run the server with default conf)

echo 'maxmemory 128mb' | ./redis-server -

./redis-server /etc/redis/6379.conf

./redis-server --port 7777

./redis-server --port 7777 --replicaof 127.0.0.1 8888

./redis-server /etc/myredis.conf --loglevel verbose -

./redis-server /etc/myredis.conf --loglevel verbose

Sentinel mode:

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

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

例：

redis-cli -h 192.168.115.111 -p 6379 -a 'abc123'

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。

向 IP 地址为 192.168.115.111、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 192.168.115.111 -p 6379 -c 100 -n 100000 -a 'abc123'

测试存取大小为 100 字节的数据包的性能

redis-benchmark -h 192.168.115.111 -p 6379 -q -d 100 -a 'abc123'

测试本机上 Redis 服务在进行 set 与 lpush 操作时的性能

redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q -a 'abc123'

3、Redis 数据库常用命令

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

192.168.115.111:6379> set play csgo

192.168.115.111:6379> get play

通过set命令为键设置新值，并覆盖原有值。

192.168.115.111:6379> get play

"csgo"

192.168.115.111:6379> set play lol

192.168.115.111:6379> get play

"lol"

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。

192.168.115.111:6379:6379> set k1 1

192.168.115.111:6379:6379> set k2 2

192.168.115.111:6379:6379> set k3 3

192.168.115.111:6379:6379> set v1 4

192.168.115.111:6379:6379> set v5 5

192.168.115.111:6379:6379> set v22 5

192.168.115.111:6379:6379> KEYS 查看当前数据库中所有键

192.168.115.111:6379:6379> KEYS v 查看当前数据库中以 v 开头的数据

192.168.115.111:6379:6379> KEYS v? 查看当前数据库中以 v 开头后面包含任意一位的数据

192.168.115.111:6379:6379> KEYS v?? 查看当前数据库中以 v 开头 v 开头后面包含任意两位的数据

Ⅰ、exists 命令可以判断键值是否存在。

192.168.115.111:6379> exists k1 判断 k1 键是否存在

(integer) 1 1 表示 k1键是存在

192.168.115.111:6379> exists k0

(integer) 0 0 表示 k0 键是不存在

Ⅱ、del 命令可以删除当前数据库的指定 key。

192.168.115.111:6379> keys

"k2"

"k3"

"v22"

"v5"

"v1"

"k1"

192.168.115.111:6379> del v5 删除当前数据库的指定 key。

(integer) 1

192.168.115.111:6379> del v5

(integer) 0

Ⅲ、type 命令可以获取 key 对应的 value 值类型

192.168.115.111:6379> type k1

string

Ⅳ、expire 命令可以为给定的 key 设置过期时间

192.168.115.111:6379> expire k1 10 设置 k1 键的过期时间为 10 秒

(integer) 1

Ⅴ、ttl 命令可以查看 key 还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期

192.168.115.111:6379> expire k2 10

(integer) 1

192.168.115.111:6379> ttl k2

(integer) 5

192.168.115.111:6379> ttl k2

(integer) 3

192.168.115.111:6379> ttl k2

(integer) -2

键值对设置完时间之后会消失

Ⅵ、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。

192.168.115.111:6379> keys

"v1"
"v2"

192.168.115.111:6379> get v1

"10"

192.168.115.111:6379> get v2

"20"

192.168.115.111:6379> rename v1 v2

192.168.115.111:6379> get v1

(nil)

192.168.115.111:6379> get v2

"10"

Ⅶ、renamenx 命令

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

192.168.115.111:6379> keys

192.168.115.111:6379> get teacher

"zhangsan"

192.168.115.111:6379> get v2

"4"

192.168.115.111:6379> renamenx v2 teacher

(integer) 0

192.168.115.111:6379> keys

192.168.115.111:6379> get teacher

"zhangsan"

192.168.115.111:6379> get v2

"4"

Ⅷ、dbsize 命令

作用是查看当前数据库中 key 的数目。

192.168.115.111:6379> dbsize

(integer) 1 只有一个key

Ⅸ、使用config set requirepass 命令设置密码

192.168.115.111:6379> config set requirepass 密码

使用config get requirepass命令查看密码

命令行验证密码

192.168.115.111:6379> auth

Ⅹ、使用append追加并返回value的长度

192.168.115.111:6379> keys

"v2"

192.168.115.111:6379> append kk 'hello' 该键并不存在，因此append命令返回当前Value的长度。

(integer) 5

192.168.115.111:6379> append v2 'hello' 该键已经存在，因此返回追加后Value的长度。

(integer) 7

ⅩⅠ 、strlen获取指定Key的字符长度。

192.168.115.111:6379> strlen 键值对

ⅩⅡ、批量设置键和查看键

192.168.115.111:6379>mset 键名1 "值1" 键名2 "值2"

192.168.115.111:6379>mget 键1 键2

4、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。

Ⅰ、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。

192.168.115.111:6379> select 10 切换至序号为 10 的数据库

192.168.115.111:6379[10]> select 15 切换至序号为 15 的数据库

192.168.115.111:6379[15]> select 0 切换至序号为 0 的数据库

Ⅱ、多数据库间移动数据

move 键值序号

192.168.115.111:6379> set k1 100

192.168.115.111:6379> get k1

"100"

192.168.115.111:6379> select 1

192.168.115.111:6379[1]> get k1

(nil)

192.168.115.111:6379[1]> select 0 切换至目标数据库 0

192.168.115.111:6379> get k1 查看目标数据是否存在

"100"

192.168.115.111:6379> move k1 1 将数据库 0 中 k1 移动到数据库 1 中

(integer) 1

192.168.115.111:6379> select 1 切换至目标数据库 1

192.168.115.111:6379[1]> get k1 查看被移动数据

"100"

192.168.115.111:6379[1]> select 0

127.0.0.1:6379> get k1 在数据库 0 中无法查看到 k1 的值

Ⅲ、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！