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
OK
192.168.73.105:6379> set v2 2
OK
192.168.73.105:6379> set v3 4
OK
192.168.73.105:6379> set k1 5
OK
192.168.73.105:6379> set k2 6
OK
192.168.73.105:6379> set k3 7
OK
192.168.73.105:6379> set k4 8
OK

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
1) "yes"
2) "no"

192.168.233.7:6379> HMSET guoqi cool yes
OK

192.168.233.7:6379> HMSET guoqi cool 23
OK

192.168.233.7:6379> HMGET guoqi tall handson cool
1) "yes"
2) "no"
3) "23"

192.168.233.7:6379> HDEL guoqi handson
(integer) 1

192.168.233.7:6379> HMGET guoqi tall cool
1) "cool"
2) "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。