NoSQL之 Redis 配置与优化

一、关系型数据库与非关系型数据库

1.1 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、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。

1.2 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。
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、ElasticSearch、TSDB 等。

1.3 关系型数据库和非关系数据库的区别

1.3.1 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。

1.3.2 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。
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。

1.3.3 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。

1.4 非关系型数据库的产生背景

可用于应对 Web2.0 纯动态网站类型的三高问题（高并发、高性能、高可用）。

High performance——对数据库高并发读写需求
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。让关系型数据库关注在关系上和对数据的一致性保障，非关系型数据库关注在存储和高效率上。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。

1.5 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)
非关系型数据库不需要手动建数据库和集合（表）。

二、Redis介绍

Redis（远程字典服务器）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或缺的一环。
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。即：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。

三、 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到 110000 次/s，数据写入速度最高可达到 81000 次/s。
支持丰富的数据类型：支持 key-value、Strings、Lists、Hashes、Sets 及 Sorted Sets 等数据类型操作。
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。
原子性：Redis 所有操作都是原子性的。
支持数据备份：即 master-salve 模式的数据备份。

四、 Redis 的使用场景

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。

我们通常会将部分数据放入缓存中，来提高访问速度，然后数据库承担存储的工作。

4.1 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。

4.2 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。

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。

五、 Redis 安装部署

5.1 部署步骤

# 1 关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

# 2 修改内核参数
vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048

sysctl -p

# 3 安装redis
yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf /opt/redis-7.0.9.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-7.0.9
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。

# 4 创建redis工作目录
mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}

cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/conf/

useradd -M -s /sbin/nologin redis
chown -R redis.redis /usr/local/redis/

# 5 添加环境变量
vim /etc/profile 
PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin		#增加一行

source /etc/profile

# 6 修改配置文件
vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 127.0.0.1 192.168.137.106				#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/redis_6379.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_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 abc123								#1037行，增加一行，设置redis密码

# 7 定义systemd服务管理脚本
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/redis.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

1）# 关闭防火墙和SElinux

2）#修改内核参数

3） #安装redis
1 下载环境依赖包
2 解压编译安装

4）创建 redis 工作目录

5）环境变量

6）修改配置文件

7）定义systemd 服务管理脚本

5.2 Redis 命令工具

5.3 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

5.4 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 192.168.137.107、端口为 6379 的 Redis 服务器发送 100 个并发连接与 100 个请求测试性能
redis-benchmark -h 192.168.137.107 -p 6379 -c 100 -n 100 -a 'abc123'

#测试存取大小为 100 字节的数据包的性能
redis-benchmark -h 192.168.137.107 -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

5.5 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

192.168.137.107:6379> set zzx 66
OK
192.168.137.107:6379> get zzx
"66"

# 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。

192.168.137.107:6379> set k1 1
OK
192.168.137.107:6379> set k2 2
OK
192.168.137.107:6379> set k3 3
OK
192.168.137.107:6379> set v1 4
OK
192.168.137.107:6379> set v2 5
OK
192.168.137.107:6379> keys *
 1) "zzx"
 2) "v1"
 3) "k3"
 4) "key:__rand_int__"
 5) "k1"
 6) "v2"
 7) "k2"
 8) "mylist"
 9) "myhash"
10) "counter:__rand_int__"
192.168.137.107:6379> keys k*
1) "k3"
2) "key:__rand_int__"
3) "k1"
4) "k2"

# exists 命令可以判断键值是否存在。
192.168.137.107:6379> EXISTS zzx
(integer) 1    1代表存在
192.168.137.107:6379> EXISTS 888
(integer) 0     0代表不存在

# del 命令可以删除当前数据库的指定 key。
192.168.137.107:6379> del zzx 
(integer) 1
192.168.137.107:6379> keys zzx
(empty array)

# type 命令可以获取 key 对应的 value 值类型。
192.168.137.107:6379> TYPE v1
string
192.168.137.107:6379> type mylist
list


#expire 命令可以为给定的 key 设置过期时间
192.168.137.107:6379> EXPIRE v2 15
(integer) 1


#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
192.168.137.107:6379> ttl v2
(integer) 8
192.168.137.107:6379> 
192.168.137.107:6379> 
192.168.137.107:6379> ttl v2
(integer) 6
192.168.137.107:6379> ttl v2
(integer) -2   -2 代表已经过期

192.168.137.107:6379> ttl v1
(integer) -1  -1 代表永不过期

# 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。


192.168.137.107:6379> keys k*
1) "key:__rand_int__"
2) "k1"
3) "k2"
192.168.137.107:6379> rename k1 k22
OK
192.168.137.107:6379> keys k*
1) "k22"
2) "key:__rand_int__"
3) "k2"

# 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）
命令格式：renamenx 源key 目标key

192.168.137.107:6379> keys k*
1) "k22"
2) "key:__rand_int__"
3) "k2"
192.168.137.107:6379> RENAMENX k2 k22
(integer) 0
192.168.137.107:6379> keys k*
1) "k22"
2) "key:__rand_int__"
3) "k2"
192.168.137.107:6379> RENAME k2 k22
OK
192.168.137.107:6379> keys k*
1) "k22"
2) "key:__rand_int__"

# dbsize 命令的作用是查看当前数据库中 key 的数目。
192.168.137.107:6379> dbsize 
(integer) 7
192.168.137.107:6379> keys *
1) "k22"
2) "zzx"
3) "v1"
4) "key:__rand_int__"
5) "mylist"
6) "myhash"
7) "counter:__rand_int__"

192.168.137.107:6379> config set requirepass 123456
OK
192.168.137.107:6379> CONFIG get requirepass
1) "requirepass"
2) "123456"

如果一开始登入数据库忘记输入密码 也可以在redis内输入密码
[root@localhost conf]# redis-cli -h 192.168.137.107 -p 6379 
192.168.137.107:6379> keys *
(error) NOAUTH Authentication required.
192.168.137.107:6379> auth 123456
OK
192.168.137.107:6379> keys *
1) "k22"
2) "zzx"
3) "v1"
4) "key:__rand_int__"
5) "mylist"
6) "myhash"
7) "counter:__rand_int__"

5.6 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。

#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。

192.168.137.107:6379> select 15
OK
192.168.137.107:6379[15]> keys *
(empty array)
192.168.137.107:6379[15]> select 0
OK
192.168.137.107:6379> keys *
1) "k22"
2) "zzx"
3) "v1"
4) "key:__rand_int__"
5) "mylist"
6) "myhash"
7) "counter:__rand_int__"

#多数据库间移动数据
格式：move 键值 序号
192.168.137.107:6379> keys *
1) "k22"
2) "zzx"
3) "v1"
4) "key:__rand_int__"
5) "mylist"
6) "myhash"
7) "counter:__rand_int__"
192.168.137.107:6379> move v1 15
(integer) 1
192.168.137.107:6379> keys *
1) "k22"
2) "zzx"
3) "key:__rand_int__"
4) "mylist"
5) "myhash"
6) "counter:__rand_int__"
192.168.137.107:6379> select 15
OK
192.168.137.107:6379[15]> keys *
1) "v1"

#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！

六、 Redis 数据类型

结构类型	结构存储的值	结构的读写能力	场景
`String`（字符串）	可以是字符串，整数，浮点数	对整个字符串或者字符串的其中一部分进行操作，对整数和浮点数执行自增或者自减操作	…
`List`（列表）	一个链表，链表上每个节点都包含了一个字符串	从链表的俩端推入或者弹出元素：根据便移量对链表进行修剪：读取单个或多个元素，根据值查找或者移除元素	最新消息排行：消息队列
`Hash`（散列）	包含键值对的无需散列表	添加、获取、移除单个键值对，获取所有键值对	存储、读取、修改用户属性
set（无序集合）	包含字符串的无需手机器，并且被包含的每个字符串都是独一无二各不相同的	添加、获取、移除单个元素，检查一个元素是否存在与集合中，计算交集，并集，差集，从集合里面随机获取元素	共同好友：利用唯一性，统计访问网站的所有IP
`zset`、`Sorted Set`（有序集合）	字符串成员与浮点数分值之间的有序映射，元素的排列顺序由分值的大小决定	添加、获取、删除单个元素，根据分值范围或者成员来获取元素	排行榜：带权重的详细队列

6.1 String数据类型

概述：String是redis最基本的类型，最大能存储512MB的数据，String类型是二进制安全的，即可以存储任何数据、比如数字、图片、序列化对象等

6.1.1 append 追加数值


格式 
append key 值
192.168.137.107:6379> set zzx hello
OK
192.168.137.107:6379> keys zzx
1) "zzx"
192.168.137.107:6379> append zzx world
(integer) 10

192.168.137.107:6379> get zzx
"helloworld"

6.1.2 strlen 获取key的长度

strlen key   获取key 字符的长度

6.1.3 incr 、decr、incrby、decrby

192.168.137.107:6379> set kkk 20
OK
192.168.137.107:6379> incr kkk   自加一
(integer) 21
192.168.137.107:6379> decr kkk    自减一 
(integer) 20
192.168.137.107:6379> get kkk
"20"
192.168.137.107:6379> decrby kkk 10   减少指定值 
(integer) 10
192.168.137.107:6379> incrby kkk 33   增加指定值
(integer) 43

6.1.4 getset 获取计数器原有的值的同时并把它设置为新值

192.168.137.107:6379> get kkk
"43"
192.168.137.107:6379> getset kkk 1
"43"
192.168.137.107:6379> get kkk
"1"

6.1.5 setex 创建并设置过期时间

4. SETEX:
redis 127.0.0.1:6379> setex mykey 15 "hello"			#设置指定Key的过期时间为10秒。
OK    
redis 127.0.0.1:6379> ttl mykey			#通过ttl命令查看一下指定Key的剩余存活时间(秒数)，-2表示已经过期，-1表示永不过期。
(integer) 4
redis 127.0.0.1:6379> get mykey							#在该键的存活期内我们仍然可以获取到它的Value。
"hello"
redis 127.0.0.1:6379> ttl mykey							#该ttl命令的返回值显示，该Key已经过期。
(integer) -2
redis 127.0.0.1:6379> get mykey							#获取已过期的Key将返回nil。
(nil)

6.1.6 setnx 创建并判断

5. SETNX:
redis 127.0.0.1:6379> del mykey							#删除该键，以便于下面的测试验证。
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> setnx mykey "hello"				#该键并不存在，因此setnx命令执行成功。
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> setnx mykey "world"				#该键已经存在，因此本次设置没有产生任何效果。
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> get mykey							#从结果可以看出，返回的值仍为第一次设置的值。
"hello"

6.1.7 mset 批量创建、mget 批量获取、msetnx 批量创建并判断

6. MSET/MGET/MSETNX:
redis 127.0.0.1:6379> mset key1 "hello" key2 "world"	#批量设置了key1和key2两个键。
OK
redis 127.0.0.1:6379> mget key1 key2					#批量获取了key1和key2两个键的值。
1) "hello"
2) "world"
redis 127.0.0.1:6379> msetnx key3 "zhang" key4 "san" 	#批量设置了key3和key4两个键，因为之前他们并不存在，所以msetnx命令执行成功并返回1。
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> mget key3 key4
1) "zhang"
2) "san"
redis 127.0.0.1:6379> msetnx key3 "hello" key5 "world"	#批量设置了key3和key5两个键，但是key3已经存在，所以msetnx命令执行失败并返回0。
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> mget key3 key5					#批量获取key3和key5，由于key5没有设置成功，所以返回nil。
1) "zhang"
2) (nil)