NoSQL之Redis配置与管理

一、关系型数据库和非关系型数据库

1.关系型数据库

2.非关系型数据库

3.关系型数据库和非关系型数据库区别

二、Redis

1.Redis简介

2.Redis 的优点

3.Redis 使用场景

4.Redis的数据类型

5.哪些数据适合放入缓存中？

6.Redis为什么这么快？

三、Redis 安装部署

四、Redis 命令工具

1.redis-cli 命令行工具

2.redis-benchmark 测试工具

3.Redis 数据库常用命令

4.Redis 多数据库常用命令

一、关系型数据库和非关系型数据库

1.关系型数据库

●一个结构化的数据库，创建在关系模型基础上

●一般面向于记录

●包括Oracle、MySQL、SQLServer、Microsoft Access、DB2等

2.非关系型数据库

●除了主流的关系型数据库外的数据库，都认为是非关系型

●包括Redis、MongBD、Hbase、Memcached等

3.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

关系型数据库遵循ACID规则（原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、持久性(Durability)）。
NoSQL数据库遵循BASE原则（基本可用（Basically Availble）、软/柔性事务（Soft-state）、最终一致性（Eventual Consistency））。
由于关系型数据库的数据强一致性，所以对事务的支持很好。关系型数据库支持对事务原子性细粒度控制，并且易于回滚事务。
NoSQL数据库是在CAP（一致性、可用性、分区容忍度）中任选两项，因为基于节点的分布式系统中，不可能同时全部满足，所以对事务的支持不是很好。

二、Redis

1.Redis简介

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。

2.Redis 的优点

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。
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。
5）支持数据备份：即 master-salve 模式的数据备份。

3.Redis 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。

4.Redis的数据类型

类型	简介	特性	场景
string（字符串）	二进制安全	可以包含任何数据，比如jpg图片或者序列化对象	...
hash（字典）	键值对集合，即编程语言中的map类型	适合存储对象，并且可以像数据库中的update一个属性一样只修改某一项属性值	存储、读取、修改用户属性
List（列表）	链表(双向链表)	增删快，提供了操作某一元素的api	最新消息排行;消息队列
set（集合）	hash表实现，元素不重复	添加，刑除，查找的复杂度都是 O(1)，提供了求交集，并集、差集的塌作	共同好友;利用唯一性:统计访问网站的所有IP
sorted set（有序集合）	将set中的元素增加一个权重参数score；元素按score有序排列	教据插入集合时，已经进行了天然排序	排行榜：带权重的消息队列

5.哪些数据适合放入缓存中？

1）即时性。例如查询最新的物流状态信息。
2）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。
3）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。

6.Redis为什么这么快？

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，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。
3）采用了 I/O 多路复用机制，大大提升了并发效率。

注意：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。

三、Redis 安装部署

1.环境准备

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

2.修改内核参数

vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1                     #内核允许超量使用内存直到用完为止，防止OOM杀死进程
net.core.somaxconn = 2048                    #指定处于监听状态的连接请求队列的最大长度

sysctl -p

3.安装redis

这里需要提前准备redis-7.0.9.tar.gz安装包

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.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 127.0.0.1 192.168.80.10                    #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

8.启动服务

systemctl start redis-server
systemctl enable redis-server

netstat -lntp | grep 6379

四、Redis 命令工具

redis-server：Redis 服务器启动命令
redis-benchmark：性能测试工具，用于检测 Redis 在本机的运行效率
redis-check-aof：修复有问题的 AOF 持久化文件
redis-check-rdb：修复有问题的 RDB 持久化文件
redis-cli：Redis 客户端命令行工具
redis-sentinel：Redis 哨兵集群使用

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

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 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 192.168.80.10、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 -h 192.168.80.10 -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 192.168.80.10 -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

3.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

1）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。

127.0.0.1:6379> set k1 1
127.0.0.1:6379> set k2 2
127.0.0.1:6379> set k3 3
127.0.0.1:6379> set v1 4
127.0.0.1:6379> set v5 5
127.0.0.1:6379> set v22 5

127.0.0.1:6379> KEYS * #查看当前数据库中所有键

127.0.0.1:6379> KEYS v* #查看当前数据库中以 v 开头的数据

127.0.0.1:6379> KEYS v? #查看当前数据库中以 v 开头后面包含任意一位的数据

127.0.0.1:6379> KEYS v?? #查看当前数据库中以 v 开头 v 开头后面包含任意两位的数据

2）exists 命令可以判断键值是否存在。

127.0.0.1:6379> exists teacher       #判断 teacher 键是否存在
(integer) 1                           # 1 表示 teacher 键是存在
127.0.0.1:6379> exists tea
(integer) 0                           # 0 表示 tea 键不存在

3）del 命令可以删除当前数据库的指定 key。

127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> del v5
127.0.0.1:6379> get v5

4）type 命令可以获取 key 对应的 value 值类型。

127.0.0.1:6379> type k1
string

5）expire 命令可以为已存在的 key 设置过期时间

127.0.0.1:6379> expire k1 10 #设置 k1 键的过期时间为 10 秒

6）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

127.0.0.1:6379> ttl k1

7）expire 命令创建 key 和值，并设置过期时间

127.0.0.1:6379> setex k11 15 hello

8）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

注意：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。

127.0.0.1:6379> keys v*
1) "v1"
2) "v22"
127.0.0.1:6379> rename v22 v2
OK
127.0.0.1:6379> keys v*
1) "v1"
2) "v2"
127.0.0.1:6379> get v1
"4"
127.0.0.1:6379> get v2
"5"
127.0.0.1:6379> rename v1 v2
OK
127.0.0.1:6379> get v1
(nil)
127.0.0.1:6379> get v2
"4"

9）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

127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> get teacher
"zhangsan"
127.0.0.1:6379> get v2
"4"
127.0.0.1:6379> renamenx v2 teacher
(integer) 0
127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> get teacher
"zhangsan"
127.0.0.1:6379> get v2
"4"

10）dbsize 命令的作用是查看当前数据库中 key 的数目。

127.0.0.1:6379> dbsize

11）使用config set requirepass yourpassword命令设置密码

127.0.0.1:6379> config set requirepass 123456

12）使用config get requirepass命令查看密码（一旦设置密码，必须先验证通过密码，否则所有操作不可用）

127.0.0.1:6379> auth 123456
127.0.0.1:6379> config get requirepass

4.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。

1）多数据库间切换

命令格式：select 序号

注意：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

2）多数据库间移动数据

格式：move 键名序号

127.0.0.1:6379> set k1 100
OK
127.0.0.1:6379> get k1
"100"
127.0.0.1:6379> select 1
OK
127.0.0.1:6379[1]> get k1
(nil)
127.0.0.1:6379[1]> select 0           #切换至目标数据库 0
OK
127.0.0.1:6379> get k1               #查看目标数据是否存在
"100"
127.0.0.1:6379> move k1 1           #将数据库 0 中 k1 移动到数据库 1 中
(integer) 1
127.0.0.1:6379> select 1               #切换至目标数据库 1
OK
127.0.0.1:6379[1]> get k1           #查看被移动数据
"100"
127.0.0.1:6379[1]> select 0
OK
127.0.0.1:6379> get k1               #在数据库 0 中无法查看到 k1 的值
(nil)