【Redis】NoSQL之Redis的配置和优化

关系型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，创建在关系型模型（二维表）的基础上；一般面向于记录；
SQL语句(标准数据查询语句)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有：Oracle、MySQL、PostgreSQL、SQL Server、Microsoft Access、DB2等；
以上数据库在使用时，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；

结构化数据库；二维表结构；使用sql语句；结构单一，存储的数据要符合表结构；

非关系型数据库

NoSQL（NoSQL = Not Only SQL），表示“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，一般都认为是非关系型数据库；
不需要预先建库建表定义表结构，每条记录可以有不同的数据类型和字段个数（例如：微信聊天的文字、图片、视频和音乐都支持）
主流的NoSQL数据库有：Redis、MongBD、Hbase、Memcached等

NoSQL；表结构多样；

关系型数据库和非关系型数据库的区别

1）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，存储在数据表的行和列中；
数据表可以彼此关联协作存储，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。

关系：二维表结构，行+列；查询速度快

非关：数据集，结构多样；查询速度慢

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，来支持日益增长的需求。

要支持更多并发量，SQL数据库是纵向扩展，使用更好的设备来提高处理能力；
因为数据存储在关系表中，操作的性能瓶颈可能涉及很多克服。
虽然SQL数据库有很大扩展空间，但通过提高计算机性能总会是有上限的；

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。

关系：纵向   比如说硬件中添加内存，提高性能
非关：横向  天然分布式，增加服务器提高性能

3）对事物的支持不同

如果数据操作需要高事务性或着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。

NoSQL数据库也可以使用事务操作，但稳定性差；
主要应用在扩展性和大数据量处理方面。

关系：支持事务和复杂查询，稳定性强，易于回滚
非关系：支持事务，负载查询差，稳定性差

非关系型数据库产生的背景

用于应对Web2.0纯动态网站类型的三高问题

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。让关系数据库关注在关系上，非关系型数据库关注在存储上。

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。

MySQL数据流向：用户访问或者mysql数据库执行的SQL语句(用户访问数据redis没有缓存请求mysql查询然后传回客户端，此时redis有缓存便于下次客户请求)

Mysql   高热数据——》redis
web—》redis—》mysql
CPU——》内存/缓存—》磁盘

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，目前是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，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。

Redis具有以下几个优点

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。

Redis作为基于内存运行的数据库，缓存是最常应用的场景之一；

除此之外，Redis常见应用场景还包括获取最新N个数据的操作、游戏排行榜类应用、计数器应用、存储关系、实时分析系统、日志记录。

Redis 有主从复制、高可用和分布式

Redis快的原因

1）Redis是一款纯内存结构，避免了磁盘I/O读写等耗时的操作
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I/O多路复用机制(异步非阻塞)，大大提高了并发效率

注：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。

阻塞：按顺序处理；谁先来处理谁，后续的会阻塞；

异步非阻塞：同时可以查看所有的状态，哪个完成处理哪个，不会造成阻塞

Redis的五种数据类性

1）String数据类型

string 是redis最基本的数据类型，最大能存储512MB的数据；string类型是二进制安全的，可以存储任何数据如：数字、图片、序列化对象等

2）List数据类型

列表的元素类型为string，按照插入顺序排列，在列表的头部或尾部添加元素

3）Hash数据类型

hash用于存储对象；

hash的命名方式

使用字段表示对象的属性，而字段值则存储属性值

如果hash中包含很少的字段，那么该类型的数据也将仅占用很少的磁盘空间；每一个Hash可以存储4294967295个键值对

4）set数据类型（无序集合）

无序集合，元素类型为string类型，元素具有唯一性， 不允许存在重复的成员；多个集合类型之间可以进行并集、交集和差集运算

应用范围

1、可以使用Redis的Set数据类型跟踪一些唯一性数据，比如访问某一博客的唯一IP地址信息。对于此场景，我们仅需在每次访问该博客时将访问者的IP存入Redis中，Set数据类型会自动保证IP地址的唯一性。
2、充分利用Set类型的服务端聚合操作方便、高效的特性，可以用于维护数据对象之间的关联关系。比如所有购买某–电子设备的客户ID被存储在一个指定的Set中，而购买另外一种电子产品的客户ID被存储在另外一个Set中，如果此时我们想获取有哪些客户同时购买了这两种商品时，Set的intersections 命令就可以充分发挥它的方便和效率的优势了。

5）Sorted Set数据类型 (zset、有序集合)

a、有序集合，元素类型为Sting，元素具有唯一性， 不能重复。
b、每个元素都会关联–个double类型的分数score(表示权重)，可以通过权重的大小排序，元素的score可以相同。

应用范围：

可以用于一个大型在线游戏的积分排行榜。每当玩家的分数发生变化时，可以执行ZADD命 令更新玩家的分数，此后再通过ZRANGE命令获取积分TOP10的用户信息。当然我们也可以利用ZRANK命令通过username来获取玩家的排行信息。最后我们将组合使用ZRANGE和ZRANK命令快速的获取和某个玩家积分相近的其他用户的信息。
Sorted-Set类型还可用于构建索引数据。

Redis 安装部署

环境准备

systemctl stop firewalld
setenforce 0

配置环境

#安装gcc、gcc-c++ 环境和 make编译工具
[root@test2 ~]# yum -y install gcc gcc-c++ make

下载编译redis安装包

[root@test2 opt]# rz -E
rz waiting to receive.
[root@test2 opt]# ls
mysql-5.7.20  mysql-boost-5.7.20.tar.gz  redis-5.0.7.tar.gz  rh
[root@test2 opt]#
[root@test2 opt]# tar xf redis-5.0.7.tar.gz 
[root@test2 opt]# ls
mysql-5.7.20  mysql-boost-5.7.20.tar.gz  redis-5.0.7  redis-5.0.7.tar.gz  rh
[root@test2 opt]# cd redis-5.0.7/
[root@test2 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
[root@test2 opt]# make
...省略
Hint: It's a good idea to run 'make test' ;)make[1]: Leaving directory `/opt/redis-5.0.7/src'[root@test2 redis-5.0.7]# 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。

设置redis配置文件

#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
[root@test2 redis-5.0.7]# cd /opt/redis-5.0.7/utils/[root@test2 utils]# ./install_server.sh 
...省略        #回车四次；端口，文件名，日志名，数据目录，
#到可执行路径
Please select the redis executable path [] 
#添加路径；后回车即可
/usr/local/redis/bin/redis-server-------------------------------------------------------------------------
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
-------------------------------------------------------------------------#把redis的可执行程序文件放入路径环境变量的目录中便于系统识别
[root@test2 utils]# ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/#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
[root@test2 utils]# netstat -natp | grep redis
tcp        0      0 127.0.0.1:6379          0.0.0.0:*               LISTEN      42665/redis-server  

Redis 服务控制

/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

修改配置文件 /etc/redis/6379.conf 参数

vim /etc/redis/6379.conf
#70行，添加 监听的主机地址
bind 127.0.0.1 192.168.67.12
#93行，Redis默认的监听端口
port 6379
#137行，启用守护进程
daemonize yes
#159行，指定 PID 文件
pidfile /var/run/redis_6379.pid
#167行，日志级别
loglevel notice
#172行，指定日志文件
logfile /var/log/redis_6379.log#重启redis
[root@test2 ~]# /etc/init.d/redis_6379 restart
Stopping ...
Waiting for Redis to shutdown ...
Redis stopped
Starting Redis server...

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

reddis-cli 命令行工具

语法：

redis-cli -h host -p port -a password

redis-cli -h 主机地址 -p 端口号 -a 密码

        -h：指定远程主机

        -p：指定redis服务端口号

        -a：指定密码，未设置数据库密码可以省略-a 选项

若不想添加任何选项表示，则可以使用127.0.0.1:6379 连接本机上的redis 数据库

[root@test2 ~]# redis-cli -h 192.168.67.12 -p 6379
192.168.67.12:6379> #不指定ip则默认使用本机回环地址
[root@test2 ~]# redis-cli 
127.0.0.1:6379> #quit退出redis
127.0.0.1:6379> quit

总结

关系型数据库与非关系型数据库的差异

关系型数据库

结构化数据库；二维表结构；使用sql语句；结构单一，存储的数据要符合表结构；

与非关系型数据库

NoSQL；表结构多样；

1）存储方式不同

关系：二维表结构，行+列；查询速度快

非关：数据集，结构多样；查询速度慢

2）扩展方式不同

关系：纵向   比如说硬件中添加内存，提高性能
非关：横向  天然分布式，增加服务器提高性能

3）对事物的支持不同

关系：支持事务和复杂查询，稳定性强，易于回滚
非关系：支持事务，负载查询差，稳定性差

Redis的优点

读写速度快；

支持丰富的数据类型；

支持数据持久化；

所有操作具有原子性(事务)；

支持数据备份；

Redis快的原因

纯内存运行，避免i/o读写；

核心模块为单线程，；

采用i/o多路复用（异步非阻塞）机制；

Redis的五种数据类型

string；可以存储任何数据

list；

hash；

set 无序集合；

sorted set有序集合