[大数据]NoSQL之Redis配置与优化（你不在南京的日子我替你吹了秦淮河的晚风）

前言

通常用户第一次访问数据库中的某些数据。这个过程会比较慢，因为是从硬盘上读取的。我们将该用户访问的数据存在缓存中，这样下一次再访问这些数据的时候就可以直接从缓存中获取了。操作缓存就是直接操作内存，所以速度相当快。如果数据库中的对应数据改变的之后，同步改变缓存中相应的数据即可，这样可以减轻数据库压力，查询内存比查询数据库效率高。

本篇博客主要回答几个问题：

1.常见的关系型数据库？

2.常见的非关系型数据库？

3.什么是Redis？

4.为什么需要Redis？

5.Redis如何性能测试？

一、关系数据库与非关系型数据库

1.1 关系数据库

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.

1.2 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（索引数据库）、TSDB（持续性数据库）等.

1.3 关系型数据库和非关系型数据库区别

1.3.1 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。

1.3.2 扩展方式不同

• 纵向扩展：扩展CPU、内存、使用价格昂贵的小型机、大型机
• 横向扩展：使用多台相对廉价的普通服务器构建服务群集

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。

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。

1.3.3 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。

1.4 非关系型数据库产生的背景

可用于应对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一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MysQ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.

1.5 小结

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.

2.1 Redis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（存储结构）、String、Lists、Hashes、Sets（无序集合）及Sorted Sets （有序集合或称zset）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,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.

2.2 Redis缺点

1. 缓存和数据库双写一致性问题
2. 缓存雪崩问题
3. 缓存击穿问题
4. 缓存的并发竞争问题

2.3 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，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.采用了非阻塞I/O多路复用机制，大大提升了并发效率

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，而数据的读写命令，仍然是单线程处理的。

2.4 Redis与memcached比较

三、Redis安装部署

3.1 Redis安装

#关闭防火墙
systemct1 stop firewalld 
systemct1 disabled firewalld 
setenforce 0
#下载编译工具
yum install -y gcc gcc-c++ make 
#上传软件包并解压
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz 
cd /opt/redis-5.0.7/
#指明安装路径开始安装
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.
#执行软件包提供的insta11 server.sh 脚本文件设置Redis服务所需要的相关配置文件
cd/opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh   #一直回车
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/redis-server#需要手动修改为
/usr/local/redis/bin/redis-server #注意要一次性正确输入

#优化路径
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
#查看端口状态
netstat -natp |grep redis

#开启/关闭/重启
/etc/init.d/redis_6379 stop
/etc/init.d/redis_6379 start
/etc/init.d/redis_6379 restart

#配置文件参数
cd /etc/redis/
vim 6379.conf
......
70 bind 127.0.0.1 192.168.109.133  #监听的IP地址
93 port 6379   #监听端口
137 daemonize yes  #后台启动 
159 pidfile /var/run/redis_6379.pid  #Redis的进程号保存位置
172 logfile /var/log/redis_6379.log   #日志保存的位置
187 databases 16  #监听库的数量（编号0-15）

3.2 Redis命令工具

3.3 redis-cli：redis命令行工具

语法:redis-cli -h host -p port -a password
-h:指定远程主机机
-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使用127.0.0.1:6379连接本机上的Redis数据库

#登录本机
redis-cli

3.4 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.

#向IP地址为192.168.109.133、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 192.168.109.133 -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 192.168.109.133 -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

四、Redis常用命令

4.1 set、get

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 

127.0.0.1:6379>set teacher zhangsan 
OK
127.0.0.1:6379>get teacher
"zhangsan"

4.2 keys

#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.
#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 vl 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

4.3 exists 判断键是否存在

返回1，存在

返回0，不存在

127.0.0.1:6379> exists teacher
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists name
(integer) 0
127.0.0.1:6379> 

4.4 del 删除数据

127.0.0.1:6379> keys *
 1) "v22"
 2) "mylist"
 3) "k3"
 4) "v1"
 5) "k2"
 6) "teacher"
 7) "k4"
 8) "myset:__rand_int__"
 9) "counter:__rand_int__"
10) "key:__rand_int__"
11) "k1"
12) "k5"
127.0.0.1:6379> del teacher
(integer) 1
127.0.0.1:6379> keys *
 1) "v22"
 2) "mylist"
 3) "k3"
 4) "v1"
 5) "k2"
 6) "k4"
 7) "myset:__rand_int__"
 8) "counter:__rand_int__"
 9) "key:__rand_int__"
10) "k1"

4.5 rename 重命名

#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。
127.0.0.1:6379> keys *
 1) "v22"
 2) "mylist"
 3) "k3"
 4) "v1"
 5) "k2"
 6) "k4"
 7) "myset:__rand_int__"
 8) "counter:__rand_int__"
 9) "key:__rand_int__"
10) "k1"
11) "k5"
127.0.0.1:6379> rename k1 k111
OK
127.0.0.1:6379> keys *
 1) "v22"
 2) "mylist"
 3) "k3"
 4) "v1"
 5) "k2"
 6) "k4"
 7) "k111"
 8) "myset:__rand_int__"
 9) "counter:__rand_int__"
10) "key:__rand_int__"
11) "k5"

4.6 renamenx

127.0.0.1:6379> keys *
 1) "v22"
 2) "mylist"
 3) "k3"
 4) "v1"
 5) "k2"
 6) "k4"
 7) "k111"
 8) "myset:__rand_int__"
 9) "counter:__rand_int__"
10) "key:__rand_int__"
11) "k5"
127.0.0.1:6379> renamenx k2 k222
(integer) 1
127.0.0.1:6379> renamenx k222 k3
(integer) 0
127.0.0.1:6379> keys *
 1) "v22"
 2) "mylist"
 3) "k3"
 4) "k222"
 5) "v1"
 6) "k4"
 7) "k111"
 8) "myset:__rand_int__"
 9) "counter:__rand_int__"
10) "key:__rand_int__"
11) "k5"

4.7 dbsize查看key数目

127.0.0.1:6379> dbsize
(integer) 11
127.0.0.1:6379> 

#一共11个键

4.8 type查看数据类型

127.0.0.1:6379> type k111
string
127.0.0.1:6379> get k111
"1"
127.0.0.1:6379> 

4.9 设置密码

#设置密码
config set requirepass  000000
#auth认证
auth 000000
#查看密码
config get requirepass

#删除密码
config set requirepass ''

五、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。

#多数据库间切换
命令格式:select 序号
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

#多数据库间移动数据
格式:move键值序号
127.0.0.1:6379[10]> set k1 100  #设置k1键为100
OK
127.0.0.1:6379[10]> get k1  #查看k1键
"100"
127.0.0.1:6379[10]> select 1  #切换数据库1
OK
127.0.0.1:6379[1]> get k1  #此时没有k1
(nil)
127.0.0.1:6379> select 10  #切换回数据库10
OK
127.0.0.1:6379[10]> move k1 1 ##将数据库10中k1移动到数据库1中
(integer) 1
127.0.0.1:6379[10]> select 1 #切换到数据库1
OK
127.0.0.1:6379[1]> get k1  #查看数据库1中的k1
"100"
127.0.0.1:6379[1]> select 10 #切换数据库10
OK
127.0.0.1:6379[10]> get k1  #查看键1，此时数据库10中没有了
(nil)

#清除数据库内数据
FLUSHDB：清空当前数据库数据
FLUSHALL：清空所有数据库的数据，慎用！

127.0.0.1:6379[2]> set v1 10
OK
127.0.0.1:6379[2]> set v2 20
OK
127.0.0.1:6379[2]> set v3 30
OK
127.0.0.1:6379[2]> keys *
1) "v3"
2) "v1"
3) "v2"
127.0.0.1:6379[2]> FLUSHDB
OK
127.0.0.1:6379[2]> select 0
OK
127.0.0.1:6379> keys *
 1) "v22"
 2) "mylist"
 3) "k3"
 4) "k222"
 5) "v1"
 6) "k4"
 7) "k111"
 8) "myset:__rand_int__"
 9) "counter:__rand_int__"
10) "key:__rand_int__"
11) "k5"



127.0.0.1:6379> FLUSHALL
OK
127.0.0.1:6379> keys *
(empty list or set)
127.0.0.1:6379> select 10
OK
127.0.0.1:6379[10]> keys *
(empty list or set)
127.0.0.1:6379[10]> 

六、Redis运维故障

6.1 Redis常见运维故障

1. 使用keys*把库堵死,—建议使用别名把这个命令改名
2. 超过内存使用后,部分数据被删除——这个有删除策略的,选择适合自己的即可
3. 没开持久化,却重启了实例,数据全掉——记得非缓存的信息需要打开持久化
4. RDB的持久化需要Vm.overcommit_memory=1,否则会持久化失败
5. 没有持久化情况下,主从,主重启太快,从还没认为主挂的情况下,从会清空自己的数据，人为重启主节点前,先关闭从节点的同步

6.2 Redis故障排查

1. 结合Redis 监控查看QPS、缓存命中率、内存使用率等信息
2. 确认机器层面的资源是否有异常
3. 故障时及时上机，使用redis-cli monitor 打印出操作日志，然后分析（事后分析此条失效）
4. 和研发沟通，确认是否有大Key在堵塞（大Key也可以在日常的巡检中获得）
5. 和组内同事沟通，确实是否有误操作
6. 和运维同事、研发一起排查流量是否正常，是否存在被刷的情况

总结

1.常见的关系型数据库？

oracle、MySQL、SQL Server、Microsoft Access、DB2、PostgreSQL

2.常见的非关系型数据库？

Redis、MongBD、Hbase、Memcached、ElasticSearch（索引数据库）、TSDB（持续性数据库）

3.什么是Redis？

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的一环.

4.为什么需要Redis？

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

5.Redis如何性能测试？

使用redis-benchmark测试工具

6.Redis默认数据类型：string