noSQL之Redis配置与优化

noSQL之Redis配置与优化

一、关系型数据库与非关系型数据库

1.1 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、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=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。
• 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（分布式非关系型数据库，大数据使用）、Memcached、ElasticSearch（简称ES，索引型数据库）、TSDB（时续型数据库）等。

1.3 关系型数据库和非关系型数据库区别：

1. 数据存储方式不同

• 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。（很容易切换数据类型，一个数据集当中有多种数据类型）

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SQI数据库有很大打展空间，但最终肯定会达到纵向扩展的上限。（数据一般存储在本地的文件系统中。读可以通过读写分离、负载均衡来分摊性能，但读写仍然很消耗IO性能）
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。（数据分布存储在不同服务器上，可以并发地读写，加快效率）

• 横向扩展：加服务器。（比较便宜）

• 纵向扩展：提高硬件配置，比如换更高性能的CPU、加CPU核数、硬盘、磁盘IO、内存条。（除硬盘外，其他需要停机才能加）

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。
• 非关系型数据库在事务的处理和稳定性方面，不如关系型数据库。但读写性能好、易于扩展，处理大数据方面占优势。

关系型数据库：特别适合高事务性要求和需要控制执行计划的任务，事务细粒度控制更好。
非关系型数据库：事务控制会稍显弱势，其价值点在于高扩展性和大数据量处理方面。

1.4 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。（高并发、高性能、高可用）
（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）HighScalability&&HighAvailability——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MySQI数据库环境中，可以把经常访问的数据（即高热数据）存储在非关系型数据库中，提升访问速度。

总结：
关系型数据库：
实例：（创建）数据库，（创建）表，（添加）记录行、数据字段

非关系型数据库：
实例：（创建）数据库，（创建）集合，（创建）键值对
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。
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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. 支持的数据结构： key-value，支持丰富的数据类型：Strings、 Lists、Hashes、 Sets 及Sorted Sets 等数据类型操作。

• Strings 字符串型
• Lists 列表型
• Hashes 哈希（散列）
• Sets 无序集合
• Sorted Sets 有序集合（或称zsets）

（redis也可以做消息队列，可以通过Sorted Sets实现）
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。（支持事务，所有操作都作为事务）
5. 支持数据备份： 即 master-salve 模式的数据备份。（支持主从复制）

2.2 Redis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

2.3 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。

2.4 哪些数据适合放入缓存中

• **即时性。**例如查询最新的物流状态信息
• **数据一致性要求不高。**例如门店信息，修改后，数据库中已经改了，五分钟后缓存中才是最新的，但不影响功能使用。
• 访问量大且更新频率不高。例如网站首页的广告信息，访问量大，但不会经常变化。

2.5 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。（基于内存运行）
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。（单线程模型）
3. 采用了 I/O 多路复用机制，大大提升了并发效率。（epoll模式）

注：

linux系统中有两种I/O类型：磁盘I/O，网络请求I/O。

在Redis6.0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，仍然是单线程处理的。
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2.6 Redis与memcached

三、Redis安装部署

 #关闭防火墙
 systemctl stop firewalld
 setenforce 0
 #安装环境依赖包
 yum install -y gcc gcc-c++ make
 ​
 #上传软件包并解压
 cd /opt/
 tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
 cd /opt/redis-5.0.7/
 #开4核编译安装，指定安装路径为/usr/local/redis
 make -j 4 && 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/redis/bin/redis-server
 #这里默认为/usr/local/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
 ​
 ​
 ---------------------- 虚线内是注释 ----------------------------------------------------
 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
 -----------------------------------------------------------------------------------
 ​
 #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
 netstat -natp | grep redis
 ​
 #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/
 ​
 ​
 #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   #查看状态

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 #编辑配置文件，参数
 vim /etc/redis/6379.conf
 ......
 70 bind 127.0.0.1 192.168.72.60       #监听的IP地址
 93 port 6379                          #监听端口
 137 daemonize yes                     #使用守护进程的方式启动，即后台启动 
 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）
 ​
 /etc/init.d/redis_6379 restart    #重启redis服务
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四、Redis命令工具

4.1 redis-cli（Redis命令工具）

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
（#-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）
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登录本机
redis-cli

远程登录
redis-cli -h 192.168.44.20 -p 6379 [-a 密码]

4.2 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。
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

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示例1：
向IP地址为192.168.44.20、 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 192.168.44.20 -p 6379 -c 100 -n 100000
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示例2：
测试存取大小为100字节的数据包性能

redis-benchmark -h 192.168.44.20 -p 6379 -q -d 100
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示例3：
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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五、redis数据库常用命令

5.1 set、get设置和获取键的值

• 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

示例：

redis-cli
127.0.0.1:6379> set teacher lisi
OK
127.0.0.1:6379> get teacher
"lisi"

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5.2 keys获取键值列表

keys命令可以获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 v1 4 
 127.0.0.1:6379>set v5 5
 127.0.0.1:6379>set v22 6
 127.0.0.1:6379>set v33 7
 ​
 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开头的键
 127.0.0.1:6379>keys v?    #查看当前数据库中以v开头，后面包含任意一位字符的键
 127.0.0.1:6379>keys v??   #查看当前数据库中以v开头，后面包含任意两位字符的键


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5.3 exists 判断键是否存在

exists 命令可以判断键是否存在。

• 返回1，表示键存在。
• 返回0，表示键不存在。

127.0.0.1:6379> exists teacher  #判断teacher键是否存在，返回1表示存在
 (integer) 1
127.0.0.1:6379> exists student  #判断studen键是否存在，返回0表示存在
 (integer) 0

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5.4 del 删除键

del 命令可以删除当前数据库的指定key。

 127.0.0.1:6379> get k1
 "1"
 127.0.0.1:6379> del k1     #删除k1键
 (integer) 1
 127.0.0.1:6379> get k1
 (nil)
 127.0.0.1:6379> exists k1   #k1键已不存在
 (integer) 0

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5.5 type 查看键存储的数据类型

type 命令可以获取 key 对应的 value 值类型。

 127.0.0.1:6379> get k2
 "2"
 127.0.0.1:6379> type k2
 string                      #字符串类型
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5.6 rename 重命名

rename 命令是对已有 key 进行重命名。（覆盖）

• 使用rename命令进行重命名时，无论目标key是否存在都会进行重命名，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。

命令格式：
rename 源key 目标key
示例：

127.0.0.1:6379> keys v*
1) "v5"
2) "v1"
3) "v22"
4) "v33"
127.0.0.1:6379> rename v33 v30
OK
127.0.0.1:6379> keys v*
1) "v5"
2) "v1"
3) "v22"
4) "v30"
127.0.0.1:6379> 

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5.7 renamenx 会检查目标键名是否已存在

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）

127.0.0.1:6379> renamenx v1 k3   #因为k3键存在，所以重命名不成功。返回0表示执行不成功。
(integer) 0
127.0.0.1:6379> renamenx v1 k100   #重命名成功。返回1表示成功。
(integer) 1

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5.8 dbsize查看键数目

dbsize 命令的作用是查看当前数据库中key的数目。

 127.0.0.1:6379> dbsize      #查看键数目
 (integer) 11                #一共11个键
 127.0.0.1:6379>
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5.9 设置和清空密码

1. 设置和查看密码
   使用 config set requirepass password 命令设置密码。（一旦设置密码，必须先验证通过密码，否则所有操作不可用）
   使用config get requirepass命令查看密码。

 192.168.44.20:6379> config set requirepass 123456   #设置密码
 OK
 192.168.44.20:6379> config get requirepass
 (error) NOAUTH Authentication required.     #设置密码后，需要先验证密码才能操作其他命令
 192.168.44.20:6379> auth 123456                 #验证密码
 OK
 192.168.44.20:6379> config get requirepass  #查看密码  
 1) "requirepass"
 2) "123456"
 ​
 ​
 #设置密码后，使用密码登录可以直接操作，不需要二次验证
redis-cli -h 192.168.44.20 -p 6379 -a 123456
Warning: Using a password with '-a' or '-u' option on the command line interface may not be safe.
192.168.44.20:6379> get teacher
"lisi"


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2. 清空密码：
   使用config set requirepass ''清空密码。

192.168.72.60:6379> config set requirepass ''   #清空密码
 OK
192.168.72.60:6379> config get requirepass
 1) "requirepass"
 2) ""                 #密码已为空


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六、redis多数据库操作

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。

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。

多数据库相互独立，互不干扰。

6.1 多数据库间切换select

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
 ​
 127.0.0.1:6379[0]>


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6.2 多数据库之间移动数据

命令格式：
move 键值 序号
示例：

 127.0.0.1:6379> set k1 100    #在数据库0中设置键k1
 OK
 127.0.0.1:6379> get k1        #查看键k1的值，为100
 "100"
 127.0.0.1:6379> select 1       #切换至目标数据库1
 OK  
 127.0.0.1:6379[1]> get k1      #数据库1无法查看到k1的值
 (nil)
 127.0.0.1:6379[1]> select 0    #切换至目标数据库0
 OK
 127.0.0.1:6379> get k1         #查看目标数据是否存在
 "100"
 127.0.0.1:6379> move k1 1      #将数据库0中k1移动到数据库1中
 (integer) 1
 127.0.0.1:6379> select 1       #切换至目标数据库1
 OK
 127.0.0.1:6379[1]> get k1      #查看被移动数据
 "100"
 127.0.0.1:6379[1]> select 0    #切换到数据库0
 OK
 127.0.0.1:6379> get k1         #在数据库0中无法查看到k1的值
 (nil)


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6.3 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
示例：

127.0.0.1:6379> keys *
 1) "v5"
 2) "counter:__rand_int__"
 3) "k2"
 4) "myset:__rand_int__"
 5) "k100"
 6) "v22"
 7) "mylist"
 8) "v30"
 9) "teacher"
10) "key:__rand_int__"
11) "k3"
127.0.0.1:6379> flushdb
OK
127.0.0.1:6379> keys *
(empty list or set)
127.0.0.1:6379> select 0
OK
127.0.0.1:6379> keys *
(empty list or set)
127.0.0.1:6379> select 1
OK
127.0.0.1:6379[1]> keys *
1) "k1"
127.0.0.1:6379[1]> 


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七、Redis 运维的故障与处理方法

7.1 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。

7.2 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） 和组内同事沟通，确实是否有误操作。

5. 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。