NoSQL之Redis

NoSQL之Redis

一、关系数据库和非关系数据库

1、关系型数据库

• 关系型数据库是一个结构化的数据库，创建在关系模型上（二维关系表模型）基础上
• 一般面向于记录
• 主流的关系型数据库包括orecle、MySQL、SQL Server、Microsoft、DB2等
• 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

2、非关系型数据库

• NoSQL（NoSQL＝Not Only SQL），意识是“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、MongDB、Hbase、Memcached等

3、区别

3.1 数据存储方式不同

关系型和非关系数据库的主要差异就是数据存储的方式。

关系型数据天然就是表格形式，因此存储在数据表的行列中。

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。

3.2 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。
• 需要支持更多并发量，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，这都是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行扩展的上限。
• 而NoSQL数据库是横向扩展的。
• 因为非关系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。

4、非关系型数据的产生背景

• 关系型数据库和非关系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的数据库发展带来型的思路。

• 关系数据库关注在关系上，非关系型数据库关主存储上。

• 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数据库中，提高访问速度。

• 需求驱动发展：

  • 对数据库高并发读写的需求。
  • 对海量数据高效存储与访问的需求。
  • 对数据库高扩展性和高可用性的需求。

5、概念小结

• 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）
• 非关系型数据库不需要手动建数据库和集合（表）

二、Redis简介

1、Redis概述

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，采用key-value（键值对）的存储形式，是目前分布式架构中不可活缺的一环

Redis服务器程序是单进程模型，也就是说，在一台服务器上可以同时启动多个Redis进程，但Redis的实际处理速度则是完全依靠与主进程的执行效率

若在服务器上只运行一个Redis进程，但有多个客户端同时访问时，服务器的处理能力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而会给服务器的CPU造成很大压力。

总结：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Redis进程，而若CPU资源比较禁止，采用单进程使用。

2、Redis应用场景

1、热点数据缓存

热点数据（经常会被查询，但是不经常被修改或者删除的数据），由于redis访问速度快、支持的数据类型比较丰富，首选是使用redis缓存。

2、分布式锁

3、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110000次/s，数据写入速度最高可达81000次/s。

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

支持数据的持久化：可以讲内存中更多数据保存在磁盘中，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

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。
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4、Redis的缺点

• 3.1 缓存和数据库双写一致性问题
  在分布式环境下，缓存和数据库很容易出现数据一致性问题，如果项目对缓存的要求强一致性，那么不建议使用缓存。
  在使用缓存中，使用策略降低缓存与数据库一致性的概率，是无法保障两者的强一致性，一般策略包括缓存更新机制，更新数据库后及时跟新缓存、缓存失败时增加重试机制等。
• 3.2 缓存雪崩
  缓存雪崩时指大量的应用请求无法在Redis缓存中进行处理，紧接着，应用将大量请求发送到数据库层，导致数据库层的压力激增。
• 3.3 缓存穿透
  缓存穿透时指，用户发出大量访问缓存和数据库中没有的数据，导致请求直接查询数据库，这种行为会直接导致数据库挂掉。
• 3.4 缓存击穿
  redis缓存击穿概念是redis里的一个key非常热点，导致大并发集中对这个key不断的进行访问，当在这个key过期的瞬间，持续的大并发就会跳过缓存，直接作用在持久层数据库上，请求在访问持久层数据库查询数据的同时，持久层数据库也需要回写缓存，这时候就会导致持久层数据库瞬间压力过大导致服务器宕机，这种现象就叫做缓存击穿。

5、Redis和ElasticSearch的区别

三、Redis安装部署

1、解压软件包

Redis官网：https://redis.io/

• 将下载好的软件包传至 /opt/ 目录下

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

yum -y install gcc gcc-c++ make

cd /opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/

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2、源码编译安装

cd redis-5.0.7/
make -j 4
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

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3、设置Redis相关配置文件

cd /opt/redis-5.0.7/utils/

#执行软件包提供的 install_server.sh 脚本文件来设置 Redis 服务所需要的相关配置文件
./install_server.sh
......
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server
#一直回车，直到出现以下选项，手动修改为“/usr/local/redis/bin/redis-server”
#注意，需要一次性正确输入，且输入错误了是无法更改的

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

netstat -natp | grep "redis"
#当 install_server.sh 脚本运行完毕，Redis 服务就已经启动，默认侦听端口为 6379

vim /etc/redis/6379.conf
#修改配置参数

bind 127.0.0.1 192.168.10.10       #70行，添加监听的主机地址
port 6379                           #93行，Redis 默认的监听端口
daemonize yes                       #137行，启用守护进程
pidfile /var/run/redis_6379.pid     #159行，指定 PID 文件
loglevel notice                     #167行，日志级别
logfile /var/log/redis_6379.log     #172行，指定日志文件

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四、Redis常用工具

1、Redis命令工具

2、Redis-cli命令工具

redis-cli -h host -p port -a password
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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。

3、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]
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redis-benchmark -h 192.168.10.10 -p 6379 -c 100 -n 100000
#向 IP 地址为 192.168.126.15，端口为 6379 的 Redis 服务器发送 100 个并发连接与 100000 个请求以测试性能

redis-benchmark -h 192.168.10.10 -p 6379 -q -d 100
#测试存取大小为 100 字节的数据包的性能

redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q
#测试本机上 Redis 服务在进行 set 与 lpush 操作时的性能
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