• 【NoSQL数据库】Redis简介

    Redis

    Redis简介

    在这里插入图片描述

    关系型数据库和非关系型数据库

    关系型数据库（Relational Database）和非关系型数据库（Non-Relational Database）是两种不同的数据库管理系统。

    关系型数据库是按照关系模型组织数据的数据库。它使用表格（也称为关系）来存储和组织数据，并使用结构化查询语言（SQL）进行数据的增删改查操作。关系型数据库的特点是数据之间的关系被明确定义和约束，数据存储在二维表格中，具有 ACID（原子性、一致性、隔离性和持久性）的事务特性。

    关系型数据库的优点：

    1. 便于理解：二维表构造非常贴近逻辑，关系模型相对网状、层次等其他模型来说更容易理解
    2. 使用方便：通用的SQL语言使得操作关系型数据库非常方便
    3. 易于维护：全部由表结构组成，文件格式一致
    4. 数据稳定：数据持久化到磁盘，没有丢失数据风险

    关系型数据库的缺点：

    1. 对于海量信息的查询效率较低，读写能力较差
    2. 网站高并发读写需求对于传统关系型数据库来说，硬盘I/O是一个很大的瓶颈
    3. 灵活度欠佳：为了保证数据库的ACID特性，必须尽量按照其要求的范式进行设计，关系型数据库中
      的表都是存储一个格式化的数据结构。

    非关系型数据库是一种不使用关系模型的数据库。它可以使用不同的数据模型来组织和存储数据，如键值对（Key-Value），文档型（Document），列族（Column-Family）和图形（Graph）等。非关系型数据库的特点是扩展性好、性能高、灵活性大，适用于大数据量、高并发、非结构化和半结构化数据存储和处理的场景。

    非关系型数据库的优点：

    1. 格式灵活：存储数据的格式可以是key,value形式、文档形式等等，文档形式、图片形式等等，使
      用灵活，应用场景广泛
    2. 性能优：nosql是根据键值对的，不用历经sql层的分析，因此 性能非常高。
    3. 扩展性高：基于键值对，数据之间耦合度极低，因此容易水平扩展。
    4. 成本低：nosql数据库部署简单，基本都是开源软件

    非关系型数据库的缺点：

    1. 不提供sql支持，学习和使用成本较高
    2. 事务处理机制较弱或无
    3. 数据结构相对复杂，复杂查询不容易实现

    关系型数据库适用于需要保证数据一致性和完整性的场景，如金融系统和企业级应用。非关系型数据库适用于需要高扩展性、高性能和灵活性的场景，如社交媒体、物联网和大规模数据分析。选择使用关系型数据库还是非关系型数据库，需要根据具体场景的需求进行权衡和选择。

    区别

    1. 数据一致性不同；
    2. 数据存储方式不同；
    3. 扩展方式不同；
    4. 对事务性的支持不同。

    Redis 简介

    Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的内存数据库，遵守 BSD 协议，它提供了一个高性能的键值（key-value）存储系统，常用于缓存、消息队列、会话存储等应用场景。

    性能极高：Redis 以其极高的性能而著称，能够支持每秒数十万次的读写操作24。这使得Redis成为处理高并发请求的理想选择，尤其是在需要快速响应的场景中，如缓存、会话管理、排行榜等。

    丰富的数据类型：Redis 不仅支持基本的键值存储，还提供了丰富的数据类型，包括字符串、列表、集合、哈希表、有序集合等。这些数据类型为开发者提供了灵活的数据操作能力，使得Redis可以适应各种不同的应用场景。

    原子性操作：Redis 的所有操作都是原子性的，这意味着操作要么完全执行，要么完全不执行。这种特性对于确保数据的一致性和完整性至关重要，尤其是在高并发环境下处理事务时。

    持久化：Redis 支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存到磁盘中，以便在系统重启后恢复数据。这为 Redis 提供了数据安全性，确保数据不会因为系统故障而丢失。

    支持发布/订阅模式：Redis 内置了发布/订阅模式（Pub/Sub），允许客户端之间通过消息传递进行通信。这使得 Redis 可以作为消息队列和实时数据传输的平台。

    单线程模型：尽管 Redis 是单线程的，但它通过高效的事件驱动模型来处理并发请求，确保了高性能和低延迟。单线程模型也简化了并发控制的复杂性。

    主从复制：Redis 支持主从复制，可以通过从节点来备份数据或分担读请求，提高数据的可用性和系统的伸缩性。

    应用场景广泛：Redis 被广泛应用于各种场景，包括但不限于缓存系统、会话存储、排行榜、实时分析、地理空间数据索引等。

    社区支持：Redis 拥有一个活跃的开发者社区，提供了大量的文档、教程和第三方库，这为开发者提供了强大的支持和丰富的资源。

    跨平台兼容性：Redis 可以在多种操作系统上运行，包括 Linux、macOS 和 Windows，这使得它能够在不同的技术栈中灵活部署。

    redis速度快的原因

    I/O多路复用程序虽然会同时监听多个socket连接，但是其会将监听的socket都放到衣蛾队列里面，然后通过这个队列有序的，同步的将每个socket对应的时间传送给文件事件分派器，再由文件事件分派器分派给对应的事件处理器进行处理，只有一个socket所对应的事件被处理完毕之后，I/O多路复用程序才会继续向文件事件分派器传送下一个socket所对应的事件，这也可以验证上面的结论，处理客户端的命令请求时单线程的方式逐个处理，但是事件处理器内并不是只有一个线程。

    （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，减少了锁竞争，以及频繁创建线程和销毁线程的代价，减少了线程上下文切换的消耗

    （3）采用了I\O多路复用机制，大大提升了并发效率

    Redis 配置

    Redis 的配置文件位于 Redis 安装目录下，文件名为 redis.conf

    序号配置项说明
    1
    daemonize no
    		Redis 默认不是以守护进程的方式运行，可以通过该配置项修改，使用 yes 启用守护进程（Windows 不支持守护线程的配置为 no ）
    2
    pidfile /var/run/redis.pid
    		 当 Redis 以守护进程方式运行时，Redis 默认会把 pid 写入 /var/run/redis.pid 文件，可以通过 pidfile 指定
    3 
    port 6379
    		 指定 Redis 监听端口，默认端口为 6379，作者在自己的一篇博文中解释了为什么选用 6379 作为默认端口，因为 6379 在手机按键上 MERZ 对应的号码，而 MERZ 取自意大利歌女 Alessia Merz 的名字
    4
    bind 127.0.0.1
    		绑定的主机地址
    5 
    timeout 300
    		 当客户端闲置多长秒后关闭连接，如果指定为 0 ，表示关闭该功能
    6 
    loglevel notice
    		 指定日志记录级别，Redis 总共支持四个级别：debug、verbose、notice、warning，默认为 notice
    7
    logfile stdout
    		日志记录方式，默认为标准输出，如果配置 Redis 为守护进程方式运行，而这里又配置为日志记录方式为标准输出，则日志将会发送给 /dev/null
    8 
    databases 16
    		设置数据库的数量，默认数据库为0，可以使用SELECT 命令在连接上指定数据库id
    9 
    save

    Redis 默认配置文件中提供了三个条件：

    save 900 1

    save 300 10

    save 60 10000

    分别表示 900 秒（15 分钟）内有 1 个更改，300 秒（5 分钟）内有 10 个更改以及 60 秒内有 10000 个更改。

    		 指定在多长时间内，有多少次更新操作，就将数据同步到数据文件，可以多个条件配合
    10
    rdbcompression yes
    		 指定存储至本地数据库时是否压缩数据，默认为 yes，Redis 采用 LZF 压缩，如果为了节省 CPU 时间，可以关闭该选项，但会导致数据库文件变的巨大
    11 
    dbfilename dump.rdb
    		指定本地数据库文件名，默认值为 dump.rdb
    12 
    dir ./
    		指定本地数据库存放目录
    13 
    slaveof
    		设置当本机为 slave 服务时，设置 master 服务的 IP 地址及端口，在 Redis 启动时，它会自动从 master 进行数据同步
    14 
    masterauth
    		当 master 服务设置了密码保护时，slave 服务连接 master 的密码
    15 
    requirepass foobared
    		设置 Redis 连接密码，如果配置了连接密码，客户端在连接 Redis 时需要通过 AUTH 命令提供密码，默认关闭
    16 
     maxclients 128
    		设置同一时间最大客户端连接数，默认无限制，Redis 可以同时打开的客户端连接数为 Redis 进程可以打开的最大文件描述符数，如果设置 maxclients 0，表示不作限制。当客户端连接数到达限制时，Redis 会关闭新的连接并向客户端返回 max number of clients reached 错误信息
    17 
    maxmemory
    		指定 Redis 最大内存限制，Redis 在启动时会把数据加载到内存中，达到最大内存后，Redis 会先尝试清除已到期或即将到期的 Key，当此方法处理 后，仍然到达最大内存设置，将无法再进行写入操作，但仍然可以进行读取操作。Redis 新的 vm 机制，会把 Key 存放内存，Value 会存放在 swap 区
    18
    appendonly no
    		 指定是否在每次更新操作后进行日志记录，Redis 在默认情况下是异步的把数据写入磁盘，如果不开启，可能会在断电时导致一段时间内的数据丢失。因为 redis 本身同步数据文件是按上面 save 条件来同步的，所以有的数据会在一段时间内只存在于内存中。默认为 no
    19
    appendfilename appendonly.aof
    		指定更新日志文件名，默认为 appendonly.aof
    20
    appendfsync everysec

    指定更新日志条件，共有 3 个可选值：

    • no：表示等操作系统进行数据缓存同步到磁盘（快）
    • always：表示每次更新操作后手动调用 fsync() 将数据写到磁盘（慢，安全）
    • everysec：表示每秒同步一次（折中，默认值）
    21
    vm-enabled no
    		 指定是否启用虚拟内存机制，默认值为 no，简单的介绍一下，VM 机制将数据分页存放，由 Redis 将访问量较少的页即冷数据 swap 到磁盘上，访问多的页面由磁盘自动换出到内存中（在后面的文章我会仔细分析 Redis 的 VM 机制）
    22
    vm-swap-file /tmp/redis.swap
    		 虚拟内存文件路径，默认值为 /tmp/redis.swap，不可多个 Redis 实例共享
    23 
    vm-max-memory 0
    		将所有大于 vm-max-memory 的数据存入虚拟内存，无论 vm-max-memory 设置多小，所有索引数据都是内存存储的(Redis 的索引数据 就是 keys)，也就是说，当 vm-max-memory 设置为 0 的时候，其实是所有 value 都存在于磁盘。默认值为 0
    24
    vm-page-size 32
    		Redis swap 文件分成了很多的 page，一个对象可以保存在多个 page 上面，但一个 page 上不能被多个对象共享，vm-page-size 是要根据存储的 数据大小来设定的，作者建议如果存储很多小对象，page 大小最好设置为 32 或者 64bytes；如果存储很大大对象，则可以使用更大的 page，如果不确定，就使用默认值
    25
    vm-pages 134217728
    		设置 swap 文件中的 page 数量，由于页表（一种表示页面空闲或使用的 bitmap）是在放在内存中的，，在磁盘上每 8 个 pages 将消耗 1byte 的内存。
    26
    vm-max-threads 4
    		 设置访问swap文件的线程数,最好不要超过机器的核数,如果设置为0,那么所有对swap文件的操作都是串行的，可能会造成比较长时间的延迟。默认值为4
    27
    glueoutputbuf yes
    		 设置在向客户端应答时，是否把较小的包合并为一个包发送，默认为开启
    28 
    hash-max-zipmap-entries 64
hash-max-zipmap-value 512
    		指定在超过一定的数量或者最大的元素超过某一临界值时，采用一种特殊的哈希算法
    29
    activerehashing yes
    		 指定是否激活重置哈希，默认为开启（后面在介绍 Redis 的哈希算法时具体介绍）
    30 
    include /path/to/local.conf
    		 指定包含其它的配置文件，可以在同一主机上多个Redis实例之间使用同一份配置文件，而同时各个实例又拥有自己的特定配置文件

    Linux 源码安装

    下载地址：http://redis.io/download，下载最新稳定版本。

    # wget http://download.redis.io/releases/redis-6.0.8.tar.gz
# tar -xzvf redis-6.0.8.tar.gz
# cd redis-6.0.8
# make

    执行完 make 命令后，redis-6.0.8 的 src 目录下会出现编译后的 redis 服务程序 redis-server，还有用于测试的客户端程序 redis-cli：

下面启动 redis 服务：

# cd src
# ./redis-server
注意这种方式启动 redis 使用的是默认配置。也可以通过启动参数告诉 redis 使用指定配置文件使用下面命令启动。

# cd src
# ./redis-server ../redis.conf
redis.conf 是一个默认的配置文件。我们可以根据需要使用自己的配置文件。

启动 redis 服务进程后，就可以使用测试客户端程序 redis-cli 和 redis 服务交互了。 比如：

# cd src
# ./redis-cli
redis> set foo bar
OK
redis> get foo
"bar"

    redis命令工具

    redis-server:用于启动redis的工具
redis-benchmark：用于检测redis在本机的运行效率
redis-check-aof：修复AOF持久化文件
redis-check-rdb：修复RDB持久化文件
redis-cli：redis命令行工具

    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
 
redis-cli -h 192.168.142.20 -p 6379

    有时候会有中文乱码。

    要在 redis-cli 后面加上 --raw

    redis-cli --raw

    就可以避免中文乱码了。

    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：指定服务器的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192.168.80.11、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 -h192.168.142.20 -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 192.168.142.20 -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

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_18296979/article/details/139437928