数据库缓存服务——NoSQL之Redis配置与优化

一只余
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学习内容：

- 关系数据库和非关系数据库

- Redis安装部署

- Redis数据库常用命令

一 . 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、ElasticSearch、TSDB 等。

1 . 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。

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2 . 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（高并发、高性能、高可用）。 （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。

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（端口号6379）

1.Redis的理解

Redis是一种支持key-value等多种数据结构的存储系统。可用于缓存，事件发布或订阅，高速队列等场景。支持网络，提供字符串，哈希，列表，队列，集合结构直接存取，基于内存，可持久化。

  • 读写性能优异

Redis：读的速度是110000次/s,写的速度是81000次/s

  • 数据类型丰富

Redis支持Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 数据类型操作。

  • 原子性

支持事务，操作都是原子性，所谓的原子性就是对数据的更改要么全部执行，要么全部不执行

  • 丰富的特性

Redis支持简易订阅通知（Pub/Sub） ，按key设置过期时间，过期后将会自动删除。

  • 持久化

Redis支持RDB, AOF等持久化方式

2、为什么Redis 是单线程为什么这么快

单线程的原因：

  • Redis的瓶颈不是CPU，而是网络和内存。
  • 多线程就会存在死锁、线程上下⽂切换等问题，甚⾄会影响性能。
  • 单线程编程容易并且更容易维护。

Redis快的原因：

1、redis完全基于内存： 绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速。

2、数据结构简单：redis中的数据结构是专门进行设计的。

3、采用单线程模型，避免了不必要的上下文切换和竞争条件： 也不存在多线程或者多线程切换而消耗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

4、使用了多路IO复用模型： 非阻塞IO

3. Redis的使用场景

  • 热点数据的缓存

缓存是Redis最常见的应用场景，主要是因为Redis读写性能优异。而且逐渐有取代memcached，成为首选服务端缓存的组件。而且，Redis内部是支持事务的，在使用时候能有效保证数据的一致性。

  • 限时业务的运用

redis中可以使用expire命令设置一个键的生存时间，到时间后redis会删除它。利用这一特性可以运用在限时的优惠活动信息、手机验证码等业务场景。

  • 计数器相关问题

redis由于incrby命令可以实现原子性的递增，所以可以运用于高并发的秒杀活动、分布式序列号的生成、具体业务还体现在比如限制一个手机号发多少条短信、一个接口一分钟限制多少请求、一个接口一天限制调用多少次等等。

  • 分布式锁

这个主要利用redis的setnx命令进行，setnx：”set if not exists”就是如果不存在则成功设置缓存同时返回1，否则返回0 。因为我们服务器是集群的，定时任务可能在两台机器上都会运行，所以在定时任务中首先 通过setnx设置一个lock，如果成功设置则执行，如果没有成功设置，则表明该定时任务已执行。当然结合具体业务，我们可以给这个lock加一个过期时间，比如说30分钟执行一次的定时任务，那么这个过期时间设置为小于30分钟的一个时间就可以，这个与定时任务的周期以及定时任务执行消耗时间相关。Redis分布式锁真的安全吗？

4. edis的数据类型

expire：设置key的过期时间

persist：设置key永久有效

  • 5种基础数据类型：String、List、Set、Zset、Hash。
  • 三种特殊的数据类型：HyperLogLogs（基数统计）， Bitmaps (位图) ， geospatial （地理位置)

String（字符串）：

底层数据结构：SDS即动态字符串，最大容量512M，每次最多扩容1M，是二进制安全的。意思是redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或序列化的对象

应用场景：分布式锁、计数器(如访问次数、点赞转发数量)

常用方法：set 、get、strlen 、incr 、 decr 、setnx、setex、exists

list（双向列表）：

特点：单值多键，用来存储多个有序的字符串，一个列表最多可以存储2^32-1个元素。可以实现队列和栈

底层数据结构：快表

应用场景：消息队列 、文章列表

常用方法：lpush 、lrang 、rpush 、lpop 、rpop 、llen、lindex、rpoplpush、linsert

Hash（哈希）：

底层数据结构：压缩列表、哈希表。

特点：指v（值）本身又是一个键值对（k-v）结构

应用场景：缓存用户信息、购物车等。

常用方法：hset 、hget 、hkeys 、hvals 、hmset 、hmget 、hgetAll 、hlen 、hdel 、hsetnx 、hexists

set（无序集合）：

特点：用来保存多个的字符串元素，但是不允许重复元素，元素是无序的。可以实现并集、交集、差集的操作

底层数据结构：哈希表、整数集

应用场景：抽奖、共同关注、QQ内推等。

常用方法：sadd 、smembers 、sismember 、scard 、srem 、srandmember、spop、smove、sdiff、sinter、sunion

zset（有序集合）：

特点：有序不重复的集合。和 set 相⽐sorted set 增加了⼀个权重参数 score，可以根据score进行排序，但score是可以重复的，value是不可以重复的。

底层数据结构：压缩列表、跳表

应用场景：排行榜、抖音热搜

常用方法：zadd 、zrange 、zrangebyscore(按score从小到大) 、zrem 、zcard 、zcount 、zrevrange(按score从大到小）

三. 安装部署redis

//环境准备

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

#修改内核参数

vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048

sysctl -p

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//安装redis

yum install -y gcc gcc-c++ make

image.png

tar xf redis-7.0.13.tar.gz
cd redis-7.0.13/
make

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 make install PREFIX=/usr/local/redis
 #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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查看redis里面的文件

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 mkdir conf log data  
cp /opt/redis-7.0.13/redis.conf /usr/local/redis/conf/

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

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#环境变量

vim /etc/profile 
PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin		#增加一行

source /etc/profile

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//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

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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

systemctl start redis-server
systemctl enable redis-server

netstat -lntp | grep 6379

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四 Redis 命令工具

工具作用
redis-serverRedis 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-cliRedis 客户端命令行工具
redis-sentinelRedis 哨兵集群使用

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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


  #登录本机
  redis-cli
  #远程登录
- redis-cli -h 192.168.47.104 -p 6379 -a 'abc123'

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 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：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<numreg>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

五.Redis 数据库常用命令

1 set、get设置和获取键的值

 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 
 ​
 示例：
 [root@yuji ~]# redis-cli
 127.0.0.1:6379> set teacher lisi
 OK
 127.0.0.1:6379> get teacher
 "lisi"

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2 keys 获取键值列表

keys命令可以获取符合规则的键值列表,通常情况可以结合 *、? 等选项来使用。

 #先创建几个键
 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 6
 127.0.0.1:6379>set v33 7
 ​
 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开头的键
 127.0.0.1:6379>keys v?    #查看当前数据库中以v开头，后面包含任意一位字符的键
 127.0.0.1:6379>keys v??   #查看当前数据库中以v开头，后面包含任意两位字符的键

image.png

3 exists 判断键是否存在

exists 命令可以判断键是否存在。

返回1，表示键存在。

返回0，表示键不存在。

 127.0.0.1:6379> exists teacher  #判断teacher键是否存在，返回1表示存在
 (integer) 1
 127.0.0.1:6379> exists student  #判断studen键是否存在，返回0表示存在
 (integer) 0

image.png

4 del 删除键

del 命令可以删除当前数据库的指定key。

 127.0.0.1:6379> get k3
 "3"
 127.0.0.1:6379> del k3     #删除k1键
 (integer) 1
 127.0.0.1:6379> get k3
 (nil)
 127.0.0.1:6379> exists k3  #k1键已不存在
 (integer) 0

image.png

5 type 查看键存储的数据类型

type 命令可以获取 key 对应的 value 值类型。

 127.0.0.1:6379> get k2
 "2"
 127.0.0.1:6379> type k2
 string                      #字符串类型

image.png

6 rename 重命名

rename 命令是对已有 key 进行重命名。（覆盖）

  • 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

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7 renamenx 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）

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8 dbsize 查看键数目

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      #查看键数目
 (integer) 11                #一共11个键
 127.0.0.1:6379>

image.png

9 设置和清空密码

1、设置和查看密码

使用 config set requirepass password 命令设置密码。（一旦设置密码，必须先验证通过密码，否则所有操作不可用）

使用 config get requirepass 命令查看密码。

image.png

2、清空密码

使用 config set requirepass '' 清空密码。

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