NOSQL -redis数据库

一、关系型数据库和非关系型数据库：

1.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(mariadb)、SQL Server、Microsoft Access、DB2等。

优点：

1、安全性高(持久化)
2、事务处理能力强
3、任务控制制能力强
3、可以做日志备份、恢复、容灾的能力更强一点。 

2. 非关系型数据库：

• NoSQL (NoSQL=NotOnlySQL)，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。

• 主流的NoSQL数据库有Redis、MongBD、Hbase、Memcached等。

优点： 

1、数据保存在缓存中，利于读取速度/查询数据
2、架构中位置灵活
3、分布式、扩展性高

 3.关系型数据库和非关系型数据库区别：

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。

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。

关系型：依赖于关系模型E-R图，同时以二维表格式的方式存储数据
非关系型：除了以表格形式存储之外，通常会以大块的形式组合在一起进行存储数

3.2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。

 关系型数据库：纵向（天然表格式）
 非关系型数据库：横向（天然分布式）

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。

 关系型：特别适合高事务性要求和需要控制执行计划的任务
 非关系：此处会稍显弱势，其价值点在于高扩展性和大数据量处理方面

3.4 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。

(1) High performance-------对数据库高并发读写需求
(2) HugeStorage--------------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

3.5 NOSQL 与 SQL的数据记录对比：

• 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)。

非关系型数据库不需要手动建数据库和集合(表)

二、缓存的概念：

缓存是为了调节速度不一致的两个或多个不同的物质的速度，在中间对速度较慢的一方起到加速作用，比如CPU的一级、二级缓存是保存了CPU最近经常访问的数据，内存是保存CPU经常访问硬盘的数据，而且硬盘也有大小不一的缓存，甚至是物理服务器的raid 卡有也缓存，都是为了起到加速CPU 访问硬盘数据的目的，因为CPU的速度太快了，CPU需要的数据由于硬盘往往不能在短时间内满足CPU的需求，因此CPU缓存、内存、Raid 卡缓存以及硬盘缓存就在一定程度上满足了CPU的数据需求，即CPU 从缓存读取数据可以大幅提高CPU的工作效率。

1.系统缓存：buffer与cache：

• buffer：缓冲也叫写缓冲，一般用于写操作，可以将数据先写入内存再写入磁盘，buffer 一般用于写缓冲，用于解决不同介质的速度不一致的缓冲，先将数据临时写入到里自己最近的地方，以提高写入速度，CPU会把数据先写到内存的磁盘缓冲区，然后就认为数据已经写入完成看，然后由内核在后续的时间在写入磁盘，所以服务器突然断电会丢失内存中的部分数据。
• cache：缓存也叫读缓存，一般用于读操作，CPU读文件从内存读，如果内存没有就先从硬盘读到内存再读到CPU，将需要频繁读取的数据放在里自己最近的缓存区域，下次读取的时候即可快速读取。

2.缓存保存位置及分层结构：

• 用户层：浏览器DNS缓存,应用程序DNS缓存,操作系统DNS缓存客户端
• 代理层：CDN,反向代理缓存
• Web层：Web服务器缓存
• 应用层：页面静态化
• 数据层：分布式缓存,数据库
• 系统层：操作系统cache
• 物理层：磁盘cache, Raid Cache

DNS缓存：
浏览器的DNS缓存默认为60秒，即60秒之内在访问同一个域名就不在进行DNS解析。

应用层缓存
Nginx、PHP等web服务可以设置应用缓存以加速响应用户请求，另外有些解释性语言，比如：PHP/Python/Java不能直接运行，需要先编译成字节码，但字节码需要解释器解释为机器码之后才能执行，因此字节码也是一种缓存，有时候还会出现程序代码上线后字节码没有更新的现象。所以一般上线新版前,需要先将应用缓存清理,再上线新版。

另外可以利用动态页面静态化技术,加速访问,比如:将访问数据库的数据的动态页面,提前用程序生成静态页面文件html 电商网站的商品介绍,评论信息非实时数据等皆可利用此技术实现。

数据层缓存：

• 分布式缓存服务：
• Redis
• Memcached

数据库：

• MySQL 查询缓存
• innodb缓存、MYISAM缓存

 硬件缓存：

• CPU缓存（L1的数据缓存和L1的指令缓存）、二级缓存、三级缓存
• 磁盘缓存：Disk Cache
• 磁盘阵列缓存：Raid Cache，可使用电池防止断电丢失数据

三、redis介绍：

1.redis的简介：

Redis是一个开源的、使用c语言编写的NoSQL 数据库。【非关系型数据库】
Redis基于内存运行并支持持久化(支持存储在磁盘)，采用key-value (键值对)的存储形式，是目前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，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.Redis 优缺点：

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。

缺点：

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

3. redis 的适用场景：

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。

 4. redis 为什么运行速度快：

• Redis 是一款纯内存结构，避免了磁盘I/o等耗时操作。
• 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。（Redis具有高效的底层数据结构，为优化内存，对每种类型基本都有两种底层实现方式）
• 采用了 I/O 多路复用机制，大大提升了并发效率

四、redis的安装部署：

1.关闭防火墙和防护：

systemctl stop firewalld
setenforce 0

2.安装编译环境：

yum install -y gcc gcc-c++ make
 
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz
 
cd redis-5.0.7/
make -j2
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。

3.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：

cd /opt/redis-5.0.7/utils 
./install_server.sh       
.......          #一直回车.
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /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
-------------------------------------------------------------------------------------
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/redis/bin/redis-cli     #客户端命令工具

4.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：

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，默认侦听端口为6379
netstat -natp | grep redis
 
#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

5.修改配置 /etc/redis/6379.conf 参数：

vim /etc/redis/6379.conf
bind 127.0.0.1 192.168.10.27      #70行，添加监听的主机地址
port 6379                          #93行，Redis默认的监听端口
daemonize yes                      #137行，启用守护进程
pidfile /var/run/redis_6379.pid    #159行，指定PID文件
loglevel notice                    #167行，日志级别
logfile /var/log/redis_6379.log    #172行，指定日志文件
 
 
/etc/init.d/redis_6379 restart

五、redis使用：

1.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

2.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

3. 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 ：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

4.Redis 数据库常用命令：

4.1set和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

4.2 keys可以取符合规则的键值列表： 

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命令可以判断键值是否存在：

127.0.0.1:6379> exists teacher    #判断teacher 键是否存在
(integer) 1                       # 1表示teacher 键是存在
127.0.0.1:6379> exists tea
(integer) 0                       #0表示tea键不存在

4.4 del命令可以删除当前数据库的指定key：

127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> del v1
(integer) 1

4.5 type 命令可以获取key对应的 value 值类型：

127.0.0.1:6379> type k1
string 

4.6 rename 命令是对已有key进行重命名(覆盖)：

命令格式: rename 源key  目标key
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。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。
 

4.7 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）:

rename n 不进行修改 x进行修改
nx 组合： 先判断 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)
命令格式: renamenx 源key  目标key

4.8dbsize命令的作用是查看当前数据库中key的数目:

4.9 使用config set requirepass your password 命令设置密码:

127.0.0.1:6379> config set requirepass 123456
 
#使用config get requirepass 命令查看密码(一旦设置密码，必须先验证通过密码，否则所有操作不可用)
127.0.0.1:6379> auth 123456
127.0.0.1:6379> config get requirepass

4.10删除密码:

127.0.0.1:6379> auth 123123
127.0.0.1:6379> config set requirepass ''
#以上不设置，无法重启redis

5.Redis 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。

5.1.select：多数据库间切换:

格式: select 数据库序号
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。
select 1			#切换至序号为10的数据库
select 15 			#切换至序号为15的数据库
select 0			#切换至序号为0的数据库

5.2.move：多数据库间移动数据:

格式：move 键值 数据库序号

5.3 清空数据库内数据:

flushdb：清空当前数据库数据
flushall：清空所有数据库的数据，慎用！