探索 Redis 数据库：一款高性能的内存键值存储系统

news2024/11/26 9:56:26

目录

引言

一、非关系型数据库

（一）什么是非关系型数据库

（二）非关系型数据库的主要特征

（三）关系数据库与非关系型数据库的区别

二、Redis 简介

（一）基本信息

（二）数据模型与操作命令

（三）Redis 的特性与优势

（四）Redis实际应用中的案例

（五）安装部署Redis

引言

随着互联网技术的发展，对于数据存储和处理的效率要求越来越高。Redis，作为一种高性能、开源的内存键值存储系统，凭借其独特的优势，在众多数据库中脱颖而出，成为许多大型网站和应用首选的缓存及数据存储解决方案。

一、非关系型数据库

（一）什么是非关系型数据库

非关系型数据库（Non-relational Database）又称NoSQL数据库是一种不同于传统关系型数据库管理系统（RDBMS）的数据存储解决方案。NoSQL这个术语最初意味着"Not Only SQL"，强调的是这类数据库不完全依赖于SQL作为查询语言，并且通常不遵循关系模型的设计原则。

（二）非关系型数据库的主要特征

非关系型数据库的主要特征包括：

数据模型多样性：

键值对存储（Key-Value Store）：如Redis，通过键快速检索对应的值。

文档型数据库（Document-Oriented）：如MongoDB，存储类似JSON或XML格式的文档集合，每个文档有自己的内部结构。

列族数据库（Column-Family）：如Cassandra和HBase，以列簇为单位存储数据，适合大量数据的分布式存储和分析。

图形数据库（Graph Database）：如Neo4J，关注实体间复杂关系的建模和查询。

灵活性：非关系型数据库允许更灵活的数据模型，能够轻松应对不断变化的应用需求，特别是在需要水平扩展时。

可扩展性与分布式计算：多数NoSQL数据库设计之初就考虑到横向扩展（Scale-out），可以在多个节点间分布数据和负载，从而处理海量数据和高并发请求。

弱一致性与CAP定理：很多NoSQL系统在设计上选择了可用性与分区容错性优先于强一致性，提供了最终一致性保证，而非传统RDBMS的ACID事务。

性能优化：某些非关系型数据库通过减少冗余、利用数据局部性以及针对特定场景优化数据结构和算法，提高了读写性能

（三）关系数据库与非关系型数据库的区别

区别类型关系型数据库非关系型数据库
数据存储

数据通常按照预定义的

模式存储，并进行增删改

数据可以按需存储，无需预先定义严格的模式
数据查询

使用结构化查询语言（SQL）

进行数据查询

不一定使用SQL作为查询语言NoSQL数据库支持自定义

查询语法，有的则提供了API接口进行数据操作

扩展方式

纵向，可通过扩展硬件向上

提高性能

横向，天然分布式，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

事务支持支持，性能强，稳定支持，稳定性较弱
适用场景

用于高度结构化的数据、需要

强事务支持和复杂查询的场景，

如ERP系统、银行系统等。

适用于大数据处理、实时分析、内容管理系统、社交媒

体平台等需要快速存储和检索大量半结构化或非结构化

数据的场景。

主流软件Oracle、MySQL、PostgreSQL等Redis、MongBD、Hbase、Memcached等

二、Redis 简介

（一）基本信息

Redis 全称 Remote Dictionary Server（远程字典服务器），由 Salvatore Sanfilippo（网名 antirez）开发并维护。它不仅支持丰富的数据结构（字符串、哈希表、列表、集合、有序集合等），还提供了持久化、发布/订阅、Lua脚本、事务等多种功能特性。Redis 的核心价值在于将所有数据存储在内存中，从而实现超高的读写速度，是典型的内存数据库代表

（二）数据模型与操作命令

Redis支持多种数据结构，这使得它能灵活地处理不同类型的数据和场景

键值对（Strings）：简单的字符串类型，可以进行 GET、SET、INCR 等操作。

哈希表（Hashes）：内含多个字段的键值对集合，例如存储用户信息。

列表（Lists）：有序的字符串列表，可用于消息队列或者粉丝列表。

集合（Sets）：无序且不允许重复元素的集合，常用于标签系统、好友列表等。

有序集合（Sorted Sets）：具有排序特性的集合，每个成员有分数属性，可用于排行榜、带权重的索引等。

（三）Redis 的特性与优势

高速性能：Redis 将数据存储在内存中，通过避免磁盘 I/O 操作，实现了微秒级别的延迟。

持久化：虽然Redis 是内存数据库，但它提供了 RDB 快照和 AOF 日志两种持久化机制，确保即使在服务器宕机后也能恢复数据。

集群与分布式：Redis 集群可以通过分片（Sharding）方式实现大规模数据的分布式存储和处理，同时支持主从复制（Replication）提高系统的可用性和可靠性。

实时性：Redis 支持发布/订阅模式，可在多个客户端之间实现实时的消息传递。

安全性：Redis 提供了访问控制、过期策略等功能，保障了数据的安全使用。

（四）Redis实际应用中的案例

Redis 在社交网络、游戏、电子商务、内容缓存等多个领域有着广泛的应用。例如，在社交网络中，它可以用来存储用户的在线状态、最新动态等实时数据；在电商系统中，Redis 可以作为商品浏览记录、购物车等热数据的缓存；在游戏服务端，Redis 可用作积分排行榜、玩家状态存储等。

（五）安装部署Redis

[root@localhost ~]#yum install -y gcc gcc-c++ make
#安装编译环境
[root@localhost opt]#ls /opt
redis-5.0.7.tar.gz
[root@localhost opt]#tar xf /data/redis-5.0.7.tar.gz
#解压源码包
[root@localhost opt]#ls
redis-5.0.7  redis-5.0.7.tar.gz
[root@localhost opt]#cd  /opt/redis-5.0.7/
[root@localhost redis-5.0.7]#ls
00-RELEASENOTES  COPYING  Makefile   redis.conf       runtest-moduleapi  src
BUGS             deps     MANIFESTO  runtest          runtest-sentinel   tests
CONTRIBUTING     INSTALL  README.md  runtest-cluster  sentinel.conf      utils
#因为源码包中自带Makefile文件，所以不需要执行configure命令，直接执行make命令即可
[root@localhost redis-5.0.7]#make  -j 4
#进行编译
[root@localhost redis-5.0.7]#make PREFIX=/usr/local/redis  install
#安装redis

安装完redis之后，需要执行软件包提供的 install_server.sh 脚本文件设置 Redis 服务所需要的相关配置文件

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

[root@localhost utils]#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，便于直接使用命令
[root@localhost utils]#ss -natp |grep redis
LISTEN     0      128    127.0.0.1:6379                     *:*                   
users:(("redis-server",pid=22803,fd=6))
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


#Redis服务的启动与停止命令在/etc/init.d/redis_6379
/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			#状态

到目前位置，redis的服务已经安装完毕，可以对一些基本配置与文件存放位置进行修改

第70行：bind 127.0.0.1                    #Redis服务器绑定的IP地址
第93行：port 6379                         #Redis服务器监听的端口号
第137行：daemonize yes                    #是否以守护进程方式运行Redis服务器
第159行：pidfile /var/run/redis_6379.pid  #Redis服务器的PID文件路径
第167行：loglevel notice                  #日志记录级别
第172行：logfile /var/log/redis_6379.log  #Redis服务器的日志文件路径

如果需要修改redis服务的配置，部分配置还需要修改启动文件，例如端口号与PID文件路径

EXEC=/usr/local/redis/bin/redis-server
#Redis服务器程序的完整路径当启动Redis服务时，系统会使用这个路径调用Redis服务器程序。

CLIEXEC=/usr/local/redis/bin/redis-cli
#Redis命令行客户端程序的完整路径，通过使用这个命令行与Redis服务器进行交互。

PIDFILE=/var/run/redis_6379.pid
#Redis服务运行时生成的进程ID文件的路径。在服务启动后，Redis进程的PID会被写入这个文件

CONF=/etc/redis/6379.conf
#Redis服务器的配置文件路径。Redis服务启动时会加载并解析这个配置文件中的各项设置。

REDISPORT=6379
#Redis服务监听的TCP端口号，这里设置为6379，这是Redis的默认端口

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