【NoSQL数据库】Redis简介

Redis

Redis简介

    • Redis
    • 关系型数据库和非关系型数据库
    • Redis 简介
      • redis速度快的原因
    • Redis 配置
    • Linux 源码安装
    • redis命令工具

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关系型数据库和非关系型数据库

关系型数据库（Relational Database）和非关系型数据库（Non-Relational Database）是两种不同的数据库管理系统。

关系型数据库是按照关系模型组织数据的数据库。它使用表格（也称为关系）来存储和组织数据，并使用结构化查询语言（SQL）进行数据的增删改查操作。关系型数据库的特点是数据之间的关系被明确定义和约束，数据存储在二维表格中，具有 ACID（原子性、一致性、隔离性和持久性）的事务特性。

关系型数据库的优点：

  1. 便于理解：二维表构造非常贴近逻辑，关系模型相对网状、层次等其他模型来说更容易理解
  2. 使用方便：通用的SQL语言使得操作关系型数据库非常方便
  3. 易于维护：全部由表结构组成，文件格式一致
  4. 数据稳定：数据持久化到磁盘，没有丢失数据风险

关系型数据库的缺点：

  1. 对于海量信息的查询效率较低，读写能力较差
  2. 网站高并发读写需求对于传统关系型数据库来说，硬盘I/O是一个很大的瓶颈
  3. 灵活度欠佳：为了保证数据库的ACID特性，必须尽量按照其要求的范式进行设计，关系型数据库中
    的表都是存储一个格式化的数据结构。

非关系型数据库是一种不使用关系模型的数据库。它可以使用不同的数据模型来组织和存储数据，如键值对（Key-Value），文档型（Document），列族（Column-Family）和图形（Graph）等。非关系型数据库的特点是扩展性好、性能高、灵活性大，适用于大数据量、高并发、非结构化和半结构化数据存储和处理的场景。

非关系型数据库的优点：

  1. 格式灵活：存储数据的格式可以是key,value形式、文档形式等等，文档形式、图片形式等等，使
    用灵活，应用场景广泛
  2. 性能优：nosql是根据键值对的，不用历经sql层的分析，因此 性能非常高。
  3. 扩展性高：基于键值对，数据之间耦合度极低，因此容易水平扩展。
  4. 成本低：nosql数据库部署简单，基本都是开源软件

非关系型数据库的缺点：

  1. 不提供sql支持，学习和使用成本较高
  2. 事务处理机制较弱或无
  3. 数据结构相对复杂，复杂查询不容易实现

关系型数据库适用于需要保证数据一致性和完整性的场景，如金融系统和企业级应用。非关系型数据库适用于需要高扩展性、高性能和灵活性的场景，如社交媒体、物联网和大规模数据分析。选择使用关系型数据库还是非关系型数据库，需要根据具体场景的需求进行权衡和选择。

区别

  1. 数据一致性不同；
  2. 数据存储方式不同；
  3. 扩展方式不同；
  4. 对事务性的支持不同。

Redis 简介

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的内存数据库，遵守 BSD 协议，它提供了一个高性能的键值（key-value）存储系统，常用于缓存、消息队列、会话存储等应用场景。

性能极高：Redis 以其极高的性能而著称，能够支持每秒数十万次的读写操作24。这使得Redis成为处理高并发请求的理想选择，尤其是在需要快速响应的场景中，如缓存、会话管理、排行榜等。

丰富的数据类型：Redis 不仅支持基本的键值存储，还提供了丰富的数据类型，包括字符串、列表、集合、哈希表、有序集合等。这些数据类型为开发者提供了灵活的数据操作能力，使得Redis可以适应各种不同的应用场景。

原子性操作：Redis 的所有操作都是原子性的，这意味着操作要么完全执行，要么完全不执行。这种特性对于确保数据的一致性和完整性至关重要，尤其是在高并发环境下处理事务时。

持久化：Redis 支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存到磁盘中，以便在系统重启后恢复数据。这为 Redis 提供了数据安全性，确保数据不会因为系统故障而丢失。

支持发布/订阅模式：Redis 内置了发布/订阅模式（Pub/Sub），允许客户端之间通过消息传递进行通信。这使得 Redis 可以作为消息队列和实时数据传输的平台。

单线程模型：尽管 Redis 是单线程的，但它通过高效的事件驱动模型来处理并发请求，确保了高性能和低延迟。单线程模型也简化了并发控制的复杂性。

主从复制：Redis 支持主从复制，可以通过从节点来备份数据或分担读请求，提高数据的可用性和系统的伸缩性。

应用场景广泛：Redis 被广泛应用于各种场景，包括但不限于缓存系统、会话存储、排行榜、实时分析、地理空间数据索引等。

社区支持：Redis 拥有一个活跃的开发者社区，提供了大量的文档、教程和第三方库，这为开发者提供了强大的支持和丰富的资源。

跨平台兼容性：Redis 可以在多种操作系统上运行，包括 Linux、macOS 和 Windows，这使得它能够在不同的技术栈中灵活部署。

redis速度快的原因

I/O多路复用程序虽然会同时监听多个socket连接，但是其会将监听的socket都放到衣蛾队列里面，然后通过这个队列有序的，同步的将每个socket对应的时间传送给文件事件分派器，再由文件事件分派器分派给对应的事件处理器进行处理，只有一个socket所对应的事件被处理完毕之后，I/O多路复用程序才会继续向文件事件分派器传送下一个socket所对应的事件，这也可以验证上面的结论，处理客户端的命令请求时单线程的方式逐个处理，但是事件处理器内并不是只有一个线程。

（1）redis是一款纯内存结构，避免了磁盘I/O等耗时操作

（2）redis命令处理的核心模块为单线程，减少了锁竞争，以及频繁创建线程和销毁线程的代价，减少了线程上下文切换的消耗

（3）采用了I\O多路复用机制，大大提升了并发效率

Redis 配置

Redis 的配置文件位于 Redis 安装目录下，文件名为 redis.conf

序号配置项说明
1
daemonize no
Redis 默认不是以守护进程的方式运行，可以通过该配置项修改，使用 yes 启用守护进程（Windows 不支持守护线程的配置为 no ）
2
pidfile /var/run/redis.pid
 当 Redis 以守护进程方式运行时，Redis 默认会把 pid 写入 /var/run/redis.pid 文件，可以通过 pidfile 指定
3 
port 6379
 指定 Redis 监听端口，默认端口为 6379，作者在自己的一篇博文中解释了为什么选用 6379 作为默认端口，因为 6379 在手机按键上 MERZ 对应的号码，而 MERZ 取自意大利歌女 Alessia Merz 的名字
4
bind 127.0.0.1
绑定的主机地址
5 
timeout 300
 当客户端闲置多长秒后关闭连接，如果指定为 0 ，表示关闭该功能
6 
loglevel notice
 指定日志记录级别，Redis 总共支持四个级别：debug、verbose、notice、warning，默认为 notice
7
logfile stdout
日志记录方式，默认为标准输出，如果配置 Redis 为守护进程方式运行，而这里又配置为日志记录方式为标准输出，则日志将会发送给 /dev/null
8 
databases 16
设置数据库的数量，默认数据库为0，可以使用SELECT 命令在连接上指定数据库id
9 
save <seconds> <changes>

Redis 默认配置文件中提供了三个条件：

save 900 1

save 300 10

save 60 10000

分别表示 900 秒（15 分钟）内有 1 个更改，300 秒（5 分钟）内有 10 个更改以及 60 秒内有 10000 个更改。

 指定在多长时间内，有多少次更新操作，就将数据同步到数据文件，可以多个条件配合
10
rdbcompression yes
 指定存储至本地数据库时是否压缩数据，默认为 yes，Redis 采用 LZF 压缩，如果为了节省 CPU 时间，可以关闭该选项，但会导致数据库文件变的巨大
11 
dbfilename dump.rdb
指定本地数据库文件名，默认值为 dump.rdb
12 
dir ./
指定本地数据库存放目录
13 
slaveof <masterip> <masterport>
设置当本机为 slave 服务时，设置 master 服务的 IP 地址及端口，在 Redis 启动时，它会自动从 master 进行数据同步
14 
masterauth <master-password>
当 master 服务设置了密码保护时，slave 服务连接 master 的密码
15 
requirepass foobared
设置 Redis 连接密码，如果配置了连接密码，客户端在连接 Redis 时需要通过 AUTH <password> 命令提供密码，默认关闭
16 
 maxclients 128
设置同一时间最大客户端连接数，默认无限制，Redis 可以同时打开的客户端连接数为 Redis 进程可以打开的最大文件描述符数，如果设置 maxclients 0，表示不作限制。当客户端连接数到达限制时，Redis 会关闭新的连接并向客户端返回 max number of clients reached 错误信息
17 
maxmemory <bytes>
指定 Redis 最大内存限制，Redis 在启动时会把数据加载到内存中，达到最大内存后，Redis 会先尝试清除已到期或即将到期的 Key，当此方法处理 后，仍然到达最大内存设置，将无法再进行写入操作，但仍然可以进行读取操作。Redis 新的 vm 机制，会把 Key 存放内存，Value 会存放在 swap 区
18
appendonly no
 指定是否在每次更新操作后进行日志记录，Redis 在默认情况下是异步的把数据写入磁盘，如果不开启，可能会在断电时导致一段时间内的数据丢失。因为 redis 本身同步数据文件是按上面 save 条件来同步的，所以有的数据会在一段时间内只存在于内存中。默认为 no
19
appendfilename appendonly.aof
指定更新日志文件名，默认为 appendonly.aof
20
appendfsync everysec

指定更新日志条件，共有 3 个可选值：

  • no：表示等操作系统进行数据缓存同步到磁盘（快）
  • always：表示每次更新操作后手动调用 fsync() 将数据写到磁盘（慢，安全）
  • everysec：表示每秒同步一次（折中，默认值）
21
vm-enabled no
 指定是否启用虚拟内存机制，默认值为 no，简单的介绍一下，VM 机制将数据分页存放，由 Redis 将访问量较少的页即冷数据 swap 到磁盘上，访问多的页面由磁盘自动换出到内存中（在后面的文章我会仔细分析 Redis 的 VM 机制）
22
vm-swap-file /tmp/redis.swap
 虚拟内存文件路径，默认值为 /tmp/redis.swap，不可多个 Redis 实例共享
23 
vm-max-memory 0
将所有大于 vm-max-memory 的数据存入虚拟内存，无论 vm-max-memory 设置多小，所有索引数据都是内存存储的(Redis 的索引数据 就是 keys)，也就是说，当 vm-max-memory 设置为 0 的时候，其实是所有 value 都存在于磁盘。默认值为 0
24
vm-page-size 32
Redis swap 文件分成了很多的 page，一个对象可以保存在多个 page 上面，但一个 page 上不能被多个对象共享，vm-page-size 是要根据存储的 数据大小来设定的，作者建议如果存储很多小对象，page 大小最好设置为 32 或者 64bytes；如果存储很大大对象，则可以使用更大的 page，如果不确定，就使用默认值
25
vm-pages 134217728
设置 swap 文件中的 page 数量，由于页表（一种表示页面空闲或使用的 bitmap）是在放在内存中的，，在磁盘上每 8 个 pages 将消耗 1byte 的内存。
26
vm-max-threads 4
 设置访问swap文件的线程数,最好不要超过机器的核数,如果设置为0,那么所有对swap文件的操作都是串行的，可能会造成比较长时间的延迟。默认值为4
27
glueoutputbuf yes
 设置在向客户端应答时，是否把较小的包合并为一个包发送，默认为开启
28 
hash-max-zipmap-entries 64
hash-max-zipmap-value 512
指定在超过一定的数量或者最大的元素超过某一临界值时，采用一种特殊的哈希算法
29
activerehashing yes
 指定是否激活重置哈希，默认为开启（后面在介绍 Redis 的哈希算法时具体介绍）
30 
include /path/to/local.conf
 指定包含其它的配置文件，可以在同一主机上多个Redis实例之间使用同一份配置文件，而同时各个实例又拥有自己的特定配置文件

Linux 源码安装

下载地址：http://redis.io/download，下载最新稳定版本。

# wget http://download.redis.io/releases/redis-6.0.8.tar.gz
# tar -xzvf redis-6.0.8.tar.gz
# cd redis-6.0.8
# make

执行完 make 命令后，redis-6.0.8 的 src 目录下会出现编译后的 redis 服务程序 redis-server，还有用于测试的客户端程序 redis-cli：下面启动 redis 服务：# cd src
# ./redis-server
注意这种方式启动 redis 使用的是默认配置。也可以通过启动参数告诉 redis 使用指定配置文件使用下面命令启动。# cd src
# ./redis-server ../redis.conf
redis.conf 是一个默认的配置文件。我们可以根据需要使用自己的配置文件。启动 redis 服务进程后，就可以使用测试客户端程序 redis-cli 和 redis 服务交互了。 比如：# cd src
# ./redis-cli
redis> set foo bar
OK
redis> get foo
"bar"

redis命令工具

redis-server:用于启动redis的工具
redis-benchmark：用于检测redis在本机的运行效率
redis-check-aof：修复AOF持久化文件
redis-check-rdb：修复RDB持久化文件
redis-cli：redis命令行工具

1、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redis-cli -h 192.168.142.20 -p 6379

有时候会有中文乱码。

要在 redis-cli 后面加上 --raw

redis-cli --raw

就可以避免中文乱码了。

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：指定服务器的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192.168.80.11、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 -h192.168.142.20 -p 6379 -c 100 -n 100000测试存取大小为100字节的数据包的性能
redis-benchmark -h 192.168.142.20 -p 6379 -q -d 100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

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