NO-Sql数据库:Not Only不仅仅是SQL

定义:非关系型数据库;NoSQL用于超大规模数据的存储。(例如谷歌或Facebook每天为他们的用户收集万亿比特的数据)。这些类型的数据存储不需要固定的模式,无需多余操作就可以横向扩展。需要进一步数据挖掘和分析。

RDBMS VS NOSQL

RDBMS NoSQL
高度组织化结构化数据  代表着不仅仅是SQL
结构化查询语言(SQL) (SQL)  没有声明性查询语言
数据和关系都存储在单独的表中 没有预定义的模式
数据操纵语言,数据定义语言  键 - 值对存储,列存储,文档存储,图形数据库
严格的一致性 最终一致性,而非ACID属性
基础事务 非结构化和不可预知的数据
 

CAP定理

 

高性能,高可用性和可伸缩性

 

对可用性及一致性的弱要求原则:BASE

  • Basically Availble --基本可用
  • Soft-state --软状态/柔性事务。 "Soft state" 可以理解为"无连接"的, 而 "Hard state" 是"面向连接"的
  • Eventual Consistency --最终一致性 最终一致性, 也是是 ACID 的最终目的。

NoSQL 数据库分类

类型

 

部分代表

 

特点
列存储

Hbase

Cassandra

Hypertable

顾名思义,是按列存储数据的。最大的特点是方便存储结构化和半结构化数据,方便做数据压缩,对针对某一列或者某几列的查询有非常大的IO优势。

文档存储

MongoDB

CouchDB

文档存储一般用类似json的格式存储,存储的内容是文档型的。这样也就有有机会对某些字段建立索引,实现关系数据库的某些功能。

key-value存储

Tokyo Cabinet / Tyrant

Berkeley DB

MemcacheDB

Redis

可以通过key快速查询到其value。一般来说,存储不管value的格式,照单全收。(Redis包含了其他功能)

图存储

Neo4J

FlockDB

图形关系的最佳存储。使用传统关系数据库来解决的话性能低下,而且设计使用不方便。

对象存储

db4o

Versant

通过类似面向对象语言的语法操作数据库,通过对象的方式存取数据。

xml数据库

Berkeley DB XML

BaseX

高效的存储XML数据,并支持XML的内部查询语法,比如XQuery,Xpath。

Key-Value存储:(基于Redis)

传统的关系型数据库,处理一对多的问题,需要把外键放在多的一端,因为RDBMS理论中没有集合这个概念。而使用Redis,我们可以在一端来管理一对多的关系,使用Set。

如果使用MySQL,当数据规模非常大时,上面两个查询操作都需要借助表关联技术,而大表间的join在大型系统中是需要极力避免的操作。相反Redis的每个操作都会局限在一个较小的数据集范围内,而且key-value的存储形式,定位key只是一个复杂度为O(1)的操作。在very huge的数据量下,Redis性能效果非常优异,这就是NoSQL的优势所在!


Redis的安装及基本用法:

利用brew安装Redis: brew install redis  版本3.0.7

也可以编译安装,官网曾经推荐

  • 基本用法

    开启服务器

    $ redis-server

    如果要运行在后台,在命令后加一个 & ,即:redis-server &

    打开另外一个终端, 运行命令行界面(Command Line Interface,简称 cli),连接到 Server

    redis-cli 里的命令不区分大小写

    发送 ping,回复 pong,则表示链接成功。

    $ redis-cli
    127.0.0.1:> ping
    PONG

    否则

    127.0.0.1:6379> ping
    Could not connect to Redis at 127.0.0.1:6379: Connection refused

    Key-Value 存储

    使用 GET / SET 命令,key 和 value 都是 string

    127.0.0.1:> set name jackon
    OK
    127.0.0.1:> get name
    "jackon"
    127.0.0.1:> set desc Web Developer # value 里面有空格, redis 就搞不定了.
    Invalid argument(s)
    127.0.0.1:> set desc "Web Developer" # 一个 " 解决问题
    OK

    实用但被忽略的基础命令

    • keys * 查看所有 key,此处,* 是通配符. 查看所有以 user_ 开头的 key,命令为 keys user_*
    • del key 删除 key 及其 value
    • flushdb 清空数据库。

    个人的使用感触是,

    在 redis 里操作一段时间以后, 基本记不清已经有多少 key 了, 一些比较复杂的命令执行过后,需要看下执行结果是否符合预期。 比如, 批量添加了 100 个 key / value 对. 此时,keys * 就很有用。

    开发阶段,为了保证每次运行,代码执行结果一致,可以先 flushdb 清空历史数据。 注意,如果是跟其他人共用一个 db,就不要轻易 flushdb 了。

    如果自己只用了三两个 key,每次代码执行时,del 精准的删掉这几个 key 就可以了。

    演示:

    127.0.0.1:> keys *  # 已经提前添加了  个 key / value
    ) "age"
    ) "desc"
    ) "name"
    127.0.0.1:> keys *e
    ) "name"
    ) "age"
    127.0.0.1:> del name
    (integer)
    127.0.0.1:> keys *
    ) "age"
    ) "gender"
    127.0.0.1:> flushdb
    OK
    127.0.0.1:> keys *
    (empty list or set)

    dump.rdb 文件是什么鬼

    Redis 会定期把内存里的数据写入硬盘备份. 默认, 写入启动目录下的 dump.db 文件. 下次启动 redis 时,会加载 dump.db 里的数据.

    save 命令会触发一次 备份.

    127.0.0.1:> save
    OK

    dump.db 文件更新, 同时, Server 端的 log 日志出现:

    :M  Mar ::53.534 * DB saved on disk

Redis详细介绍:

虽然Redis已经很火了,相信还是有很多同学对Redis只是有所听闻或者了解并不全面,下面是一个比较系统的Redis介绍,对Redis的特性及各种数据类型及操作进行了介绍。是一个很不错的Redis入门教程。

1.介绍

1.1 Redis是什么

REmote DIctionary Server(Redis) 是一个由Salvatore Sanfilippo写的key-value存储系统。Redis提供了一些丰富的数据结构,包括 lists, sets, ordered sets 以及 hashes ,当然还有和Memcached一样的 strings结构.Redis当然还包括了对这些数据结构的丰富操作。

1.2 Redis的优点

  • 性能极高 – Redis能支持超过 100K+ 每秒的读写频率。
  • 丰富的数据类型 – Redis支持二进制案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 数据类型操作。
  • 原子 – Redis的所有操作都是原子性的,同时Redis还支持对几个操作全并后的原子性执行。
  • 丰富的特性 – Redis还支持 publish/subscribe, 通知, key 过期等等特性。

2.数据类型

2.1 String类型

Redis能存储二进制安全的字符串,最大长度为1GB

redis 127.0.0.1:6379> SET name "John Doe"
OK
redis 127.0.0.1:6379> GET name
"John Doe"

String类型还支持批量的读写操作

redis 127.0.0.1:6379> MSET age 30 sex "male"
OK
redis 127.0.0.1:6379> MGET age sex
1) "30"
2) "male"

String类型其实也可以用来存储数字,并支持对数字的加减操作。

redis 127.0.0.1:6379> INCR age
(integer) 31
redis 127.0.0.1:6379> INCRBY age 4
(integer) 35
redis 127.0.0.1:6379> GET age
"35"
redis 127.0.0.1:6379> DECR age
(integer) 34
redis 127.0.0.1:6379> DECRBY age 4
(integer) 30
redis 127.0.0.1:6379> GET age
"30"

String类型还支持对其部分的修改和获取操作

redis 127.0.0.1:6379> APPEND name " Mr."
(integer) 12
redis 127.0.0.1:6379> GET name
"John Doe Mr."
redis 127.0.0.1:6379> STRLEN name
(integer) 12
redis 127.0.0.1:6379> SUBSTR name 0 3
"John"

2.2 List类型

Redis能够将数据存储成一个链表,并能对这个链表进行丰富的操作

redis 127.0.0.1:6379> LPUSH students "John Doe"
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH students "Captain Kirk"
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH students "Sheldon Cooper"
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> LLEN students
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE students 0 2
1) "Sheldon Cooper"
2) "Captain Kirk"
3) "John Doe"
redis 127.0.0.1:6379> LPOP students
"Sheldon Cooper"
redis 127.0.0.1:6379> LLEN students
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE students 0 1
1) "Captain Kirk"
2) "John Doe"
redis 127.0.0.1:6379> LREM students 1 "John Doe"
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> LLEN students
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE students 0 0
1) "Captain Kirk"

Redis也支持很多修改操作

redis 127.0.0.1:6379> LINSERT students BEFORE "Captain Kirk" "Dexter Morgan"
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE students 0 2
1) "Dexter Morgan"
2) "Captain Kirk"
3) "John Doe"
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH students "Peter Parker"
(integer) 4
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE students 0 3
1) "Peter Parker"
2) "Dexter Morgan"
3) "Captain Kirk"
4) "John Doe"
redis 127.0.0.1:6379> LTRIM students 1 3
OK
redis 127.0.0.1:6379> LLEN students
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE students 0 2
1) "Dexter Morgan"
2) "Captain Kirk"
3) "John Doe"
redis 127.0.0.1:6379> LREM students 1 "John Doe"
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> LLEN students
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE students 0 1
1) "Captain Kirk"

2.3 集合(Sets)类型

Redis能够将一系列不重复的值存储成一个集合

redis 127.0.0.1:6379> SADD birds crow
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD birds pigeon
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD birds bat
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD mammals dog
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD mammals cat
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD mammals bat
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS birds
1) "bat"
2) "crow"
3) "pigeon"
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS mammals
1) "bat"
2) "cat"
3) "dog"

Sets结构也支持相应的修改操作

redis 127.0.0.1:6379> SREM mammals cat
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS mammals
1) "bat"
2) "dog"
redis 127.0.0.1:6379> SADD mammals human
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS mammals
1) "bat"
2) "human"
3) "dog"

Redis还支持对集合的子交并补等操作

redis 127.0.0.1:6379> SINTER birds mammals
1) "bat"
redis 127.0.0.1:6379> SUNION birds mammals
1) "crow"
2) "bat"
3) "human"
4) "pigeon"
5) "dog"
redis 127.0.0.1:6379> SDIFF birds mammals
1) "crow"
2) "pigeon"

2.4 有序集合(Sorted Sets)类型

Sorted Sets和Sets结构相似,不同的是存在Sorted Sets中的数据会有一个score属性,并会在写入时就按这个score排好序。

redis 127.0.0.1:6379> ZADD days 0 mon
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD days 1 tue
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD days 2 wed
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD days 3 thu
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD days 4 fri
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD days 5 sat
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD days 6 sun
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZCARD days
(integer) 7
redis 127.0.0.1:6379> ZRANGE days 0 6
1) "mon"
2) "tue"
3) "wed"
4) "thu"
5) "fri"
6) "sat"
7) "sun"
redis 127.0.0.1:6379> ZSCORE days sat
"5"
redis 127.0.0.1:6379> ZCOUNT days 3 6
(integer) 4
redis 127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE days 3 6
1) "thu"
2) "fri"
3) "sat"
4) "sun"

2.5 Hash类型

Redis能够存储key对多个属性的数据(比如user1.uname user1.passwd)

redis 127.0.0.1:6379> HKEYS student
1) "name"
2) "age"
3) "sex"
redis 127.0.0.1:6379> HVALS student
1) "Ganesh"
2) "30"
3) "Male"
redis 127.0.0.1:6379> HGETALL student
1) "name"
2) "Ganesh"
3) "age"
4) "30"
5) "sex"
6) "Male"
redis 127.0.0.1:6379> HDEL student sex
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> HGETALL student
1) "name"
2) "Ganesh"
3) "age"
4) "30"

Hash数据结构能够批量修改和获取

redis 127.0.0.1:6379> HMSET kid name Akshi age 2 sex Female
OK
redis 127.0.0.1:6379> HMGET kid name age sex
1) "Akshi"
2) "2"
3) "Female"

3.Publish/Subscribe

Redis支持这样一种特性,你可以将数据推到某个信息管道中,然后其它人可以通过订阅这些管道来获取推送过来的信息。

3.1 订阅信息管道

用一个客户端订阅管道

redis 127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE channelone
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "channelone"
3) (integer) 1

另一个客户端往这个管道推送信息

redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH channelone hello
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH channelone world
(integer) 1

然后第一个客户端就能获取到推送的信息

redis 127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE channelone
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "channelone"
3) (integer) 1
1) "message"
2) "channelone"
3) "hello"
1) "message"
2) "channelone"
3) "world"

3.2 按一定模式批量订阅

用下面的命令订阅所有channel开头的信息通道

redis 127.0.0.1:6379> PSUBSCRIBE channel*
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "psubscribe"
2) "channel*"
3) (integer) 1

在另一个客户端对两个推送信息

redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH channelone hello
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH channeltwo world
(integer) 1

然后在第一个客户端就能收到推送的信息

redis 127.0.0.1:6379> PSUBSCRIBE channel*
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "psubscribe"
2) "channel*"
3) (integer) 1
1) "pmessage"
2) "channel*"
3) "channelone"
4) "hello"
1) "pmessage"
2) "channel*"
3) "channeltwo"
4) "world"

4.数据过期设置

Redis支持按key设置过期时间,过期后值将被删除(在客户端看来是补删除了的)

用TTL命令可以获取某个key值的过期时间(-1表示永不过期)

redis 127.0.0.1:6379> SET name "John Doe"
OK
redis 127.0.0.1:6379> TTL name
(integer) -1

下面命令先用EXISTS命令查看key值是否存在,然后设置了5秒的过期时间

redis 127.0.0.1:6379> SET name "John Doe"
OK
redis 127.0.0.1:6379> EXISTS name
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> EXPIRE name 5
(integer) 1

5秒后再查看

redis 127.0.0.1:6379> EXISTS name
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> GET name
(nil)

这个值已经没有了。

上在是直接设置多少秒后过期,你也可以设置在某个时间点过期,下面例子是设置2011-09-24 00:40:00过期。

redis 127.0.0.1:6379> SET name "John Doe"
OK
redis 127.0.0.1:6379> EXPIREAT name 1316805000
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> EXISTS name
(integer) 0

5.事务性

Redis本身支持一些简单的组合型的命令,比如以NX结尾命令都是判断在这个值没有时才进行某个命令。

redis 127.0.0.1:6379> SET name "John Doe"
OK
redis 127.0.0.1:6379> SETNX name "Dexter Morgan"
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> GET name
"John Doe"
redis 127.0.0.1:6379> GETSET name "Dexter Morgan"
"John Doe"
redis 127.0.0.1:6379> GET name
"Dexter Morgan"

当然,Redis还支持自定义的命令组合,通过MULTI和EXEC,将几个命令组合起来执行

redis 127.0.0.1:6379> SET counter 0
OK
redis 127.0.0.1:6379> MULTI
OK
redis 127.0.0.1:6379> INCR counter
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> INCR counter
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> INCR counter
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> EXEC
1) (integer) 1
2) (integer) 2
3) (integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> GET counter
"3"

你还可以用DICARD命令来中断执行中的命令序列

redis 127.0.0.1:6379> SET newcounter 0
OK
redis 127.0.0.1:6379> MULTI
OK
redis 127.0.0.1:6379> INCR newcounter
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> INCR newcounter
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> INCR newcounter
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> DISCARD
OK
redis 127.0.0.1:6379> GET newcounter
"0"

6.持久化

Redis的所有数据都存储在内存中,但是他也提供对这些数据的持久化。Redis 本身支持持久化,通过在一定时间间隔或触发操作,将内存中的数据同步到磁盘来保证持久化。

Redis 支持两种持久化方式,一种是  Snapshotting(快照),保存为dump.rdb文件,也是默认方式,另一种是 Append-only file(缩写aof)的方式,保存为 .aof 文件。

补充一下内存数据库:

内存数据库抛弃了磁盘数据管理的传统方式,基于全部数据都在内存中重新设计了体系结构,并且在数据缓存、快速算法、并行操作方面也进行了相应的改进,所以数据处理速度比传统数据库的数据处理速度要快很多,一般都在10倍以上。内存数据库的最大特点是其“主拷贝”或“工作版本”常驻内存,即活动事务只与实时内存数据库的内存拷贝打交道。常见的例子有MySQL的MEMORY存储引擎、eXtremeDB、TT、FastDB、SQLite、Microsoft SQL Server Compact等。

6.1 数据快照

数据快照的原理是将整个Redis中存的所有数据遍历一遍存到一个扩展名为rdb的数据文件中。通过SAVE命令可以调用这个过程。

Snapshot 快照 通过save或者bgsave命令通知redis做一次快照持久化。save操作是在主线程中保存快照的,由于redis是用一个主线程来处理所有客户端的请求(保证redis原子性的原因),这种方式会阻塞所有客户端请求。所以不推荐使用。另一点需要注意的是,每次快照持久化都是将内存数据完整写入到磁盘一次,并不是增量的只同步增量数据。如果数据量大的话,写操作会比较多,必然会引起大量的磁盘IO操作,可能会严重影响性能。

redis 127.0.0.1:> SET name "John Doe"
OK
redis 127.0.0.1:> SAVE
OK
redis 127.0.0.1:> SET name "Sheldon Cooper"
OK
redis 127.0.0.1:> BGSAVE
Background saving started

如果你是使用的brew在Mac OSX上安全的Redis,那么rdb文件会存在如下路径

/usr/local/var/db/redis/dump.rdb

在默认的快照 rdb保存方式中,redis.conf 里面的配置如下:

save     #900秒内如果超过1 个key 被修改,则发起快照保存
save #300秒内容如超过10个key 被修改,则发起快照保存
save

如果我们需要关闭快照,只需要将这几行注释了,然后重启 redis 即可。

如果是正在运行的实例,可以使用 redis-cli的命令

# 查看当前配置
config get save
# 关闭快照
config set save ""

来在线更新配置,输出OK表示设置成功。

6.2 Append-Only File(追加式的操作日志记录)

Redis还支持一种追加式的操作日志记录,叫append only file,其日志文件以aof结局,我们一般各为aof文件。要开启aof日志的记录,你需要在配置文件中进行如下设置:

appendonly yes

这时候你所有的操作都会记录在aof日志文件中,当redis 重启时会通过重新执行文件中,保存的写命令来在内存中重建整个数据库的内容:

redis 127.0.0.1:> GET name
(nil)
redis 127.0.0.1:> SET name "Ganesh Gunasegaran"
OK
redis 127.0.0.1:> EXIT → cat /usr/local/var/db/redis/appendonly.aof
*
$
SELECT
$ *
$
SET
$
name
$
Ganesh Gunasegaran

默认配置如下:

appendonly yes      //启用日志追加持久化方式
#appendfsync always //每次收到写命令就立即强制写入磁盘,最慢的,但是保证完全的持久化,不推荐使用
appendfsync everysec //每秒钟强制写入磁盘一次,在性能和持久化方面做了很好的折中,推荐
#appendfsync no //完全依赖操作系统,性能最好,持久化没保证

在线更新配置使用

# 查看当前配置
config get appendfsync
# 关闭快照
config set appendfsync no

通过这两个配置,redis就可以完全在内存运行。

7.管理命令

Redis支持多个DB,默认是16个,你可以设置将数据存在哪一个DB中,不同DB间的数据具有隔离性。也可以在多个DB间移动数据。

redis 127.0.0.1:6379> SELECT 0
OK
redis 127.0.0.1:6379> SET name "John Doe"
OK
redis 127.0.0.1:6379> SELECT 1
OK
redis 127.0.0.1:6379[1]> GET name
(nil)
redis 127.0.0.1:6379[1]> SELECT 0
OK
redis 127.0.0.1:6379> MOVE name 1
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SELECT 1
OK
redis 127.0.0.1:6379[1]> GET name
"John Doe"

Redis还能进行一些如下操作,获取一些运行信息

redis 127.0.0.1:6379[1]> DBSIZE
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379[1]> INFO
redis_version:2.2.13
redis_git_sha1:00000000
redis_git_dirty:0
arch_bits:64
multiplexing_api:kqueue
......

Redis还支持对某个DB数据进行清除(当然清空所有数据的操作也是支持的)

redis 127.0.0.1:6379> SET name "John Doe"
OK
redis 127.0.0.1:6379> DBSIZE
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SELECT 1
OK
redis 127.0.0.1:6379[1]> SET name "Sheldon Cooper"
OK
redis 127.0.0.1:6379[1]> DBSIZE
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379[1]> SELECT 0
OK
redis 127.0.0.1:6379> FLUSHDB
OK
redis 127.0.0.1:6379> DBSIZE
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> SELECT 1
OK
redis 127.0.0.1:6379[1]> DBSIZE
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379[1]> FLUSHALL
OK
redis 127.0.0.1:6379[1]> DBSIZE
(integer) 0

8.客户端

Redis的客户端很丰富,几乎所有流行的语言都有其客户端,这里就不再赘述,有兴趣的同学可以上Redis的Clients页面去查找。

9.资料引用

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