一、Redis介绍与安装

Redis缓存数据库

Redis介绍与安装

Redis介绍

背景

常识

Redis的数据是放在内存中的，数据库中的数据是放在磁盘上的。为什么光有数据库还不够，任需要使用Redis，首先要讲解内存与磁盘间的差异。

内存：读取速度是纳秒级别，带宽是几十G

磁盘：读取速度是毫秒级别，带宽是G/M

总结：内存在数据读取以及带宽上都比磁盘有优势。

小tips：磁盘是区分扇形区域的，一个扇形区域512字节，如果每次IO的数据量是512字节，太浪费带宽了，所以规定每次IO的数据量是固定的4KB。

数据库基础知识

1. 数据库的数据是存放在16KB大小的数据页中；
2. 索引是提高数据库效率的重要方式，索引数据也是存放在16KB的数据页中；
3. 索引在内存中以B+树的结构存在。一次数据库操作，首先通过B+树找到存放索引的数据页，然后通过索引定位到磁盘中具体数据的数据页，进而操作数据；
4. 在建表的时候，指明字段的类型，这是为了明确字段占用的字节数。
5. 随着数据量的增加，B+树的结构会越来越复杂，对数据库的操作会变慢。而且在高并发的情况下，受到磁盘带宽的影响，效率会下降。

如何解决数据库的效率下降问题，Redis应运而生。

Redis概念

Redis是面向内存操作的k-v类型数据库。其支持的基本数据类型包括：string、list、hashmap、set、zset，特殊数据类型包括：bitmaps、geospatial、hyperloglogs。Redis支持数据磁盘化，并且提供哨兵和集群机制提供高可用性。

Redis与memcache的区别：

1. Redis支持各种数据类型，而memcache不支持；
2. redis可以对数据进行更细微的操作，例如读取map类型数据的一个value，但是memcache不支持。Redis这种方式叫做计算向数据移动。

Redis中文网址：redis.cn

Redis英文网址：redis.io

Redis安装

1. 将redis的源码安装包下载到linux系统的/home/pkg目录下（redis的版本是5.x，如果是5.x之上，redis在后续安装时会出问题，需要注释掉install_server.sh文件中的部分内容才行）。我下载的版本是redis-5.0.14。
2. tar xf redis-5.0.14解压
3. 由于redis源码是c语言写的，编译之前要确保linux系统中有c语言编译器，使用yum install gcc命令下载 注意：如果环境中没有gcc，但是执行了make命令，此时会报错。在下载了gcc后，再次执行make命令也不会成功，因为之前的失败的make命令已经在环境中产生了脏数据。所以需要先执行make distclean命令清理，再执行make命令。
4. 进入/home/pkg/redis-5.0.14目录下，执行make命令
5. 进入/home/pkg/redis-5.0.14/src目录下，可以看到生成了一些可执行文件
6. 在/home/pkg/redis-5.0.14目录下执行make install PREFIX=/home/software/redis-5.0.14安装命令。PREFIX指明安装路径 注意：这个命令其实只是将可执行文件从src目录中迁移到了指定目录中
7. 在linux系统中添加环境变量： vi /etc/profile export REDIS_HOME=/home/software/redis-5.0.14 export PATH=$PATH:$REDIS_HOME/bin source /etc/profile
8. 在/home/pkg/redis-5.0.14/utils目录下，执行./install_server.sh命令 （1）执行此文件后，提示输入进程端口号（默认是6379）、配置文件路径、日志文件路径和持久化路径 （2）执行完后，会在/etc/init.d/文件夹下生成redis_6379.sh脚本 （3）可以在命令行使用service redis_6379 status/start/stop命令操作redis进程 （4）install_server.sh命令执行后，默认启动redis进程，可以使用 ps -fe | grep redis命令查看

IO原理介绍

问题：Redis是单线程的，在高并发的情况下如何保证效率？

回答：网络请求首先是经过操作系统内核的，Redis与内核间是通过epoll交互的。

介绍epoll需要讲解网络IO的发展历史：

1. 网络IO一开始是处于BIO阶段，即阻塞IO阶段。应用程序调用系统的read方法，等待返回网络响应。整个过程中，线程是堵塞的。
2. 进入NIO阶段，read方法不再堵塞。但是应用程序需要循环调用此方法。应用程序需要遍历所有IO请求，判断IO是否返回响应，成本是cpu频繁在用户态和内核态间切换。
3. 进入多路复用阶段。操作系统提供的select、poll、epoll方法，都是多路复用器。例如应用程序调用系统的select方法，此方法将所有的fd(文件描述符，这里可以理解为网络请求)发送给内核，内核判断哪些网络请求可以处理了，把准备就绪的请求个数返回给应用程序，应用程序还是需要遍历所有的fd去处理。poll方法与select相同，唯一的区别是select一次性处理的fd个数上限是1024个，poll没有上限。多路复用器是应用程序调用一次系统方法，就知道了所有IO的状态，比NIO有优势。
4. epoll阶段。多路复用存在一个问题是如果网络请求特别多，意味着fd数据量很大，每次应用程序需要向内核传递全量的fd数据，非常消耗资源；而且应用程序每调用一次，内核需要遍历一次所有的fd。epoll相当于在内核开辟了一块空间。应用程序调用epoll_create方法，在空间中创建红黑树和链表（epoll_create只会调用一次）。epoll_ctr方法是将fd放到红黑树中，当然也支持修改和删除操作。并且如果哪个fd可以操作了，内核会将其放入链表中。epoll_wait方法是遍历链表，取出可以操作的fd，这个方法会发生堵塞，最好是单独创建一个线程去调用。epoll比select和poll好的地方在于他会返回准备就绪的fd列表，应用程序直接去遍历，效率很高。