Redis数据库总结

1、Redis简介

REmote DIctionary Server(Redis) 是一个由Salvatore Sanfilippo写的key-value存储系统。Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、遵守BSD协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。它通常被称为数据结构服务器，因为值（value）可以是字符串(String), 哈希(Map), 列表(list), 集合(sets) 和有序集合(sorted sets)等类型。
大家都知道了redis是基于key-value的no sql数据库，因此，先来了解一下关于key相关的知识点

1、任何二进制的序列都可以作为key使用
2、Redis有统一的规则来设计key
3、对key-value允许的最大长度是512MB

2、支持的语言:

ActionScript   Bash   C   C#   C++   Clojure   Common Lisp

Crystal  D  Dart Elixir   emacs lisp   Erlang    Fancy

gawk  GNU Prolog  Go  Haskell  Haxe  Io Java  Javascript

Julia  Lua  Matlab  mruby  Nim  Node.js  Objective-C

OCaml Pascal  Perl  PHP  Pure Data  Python  R  Racket

Rebol  Ruby  Rust Scala  Scheme  Smalltalk  Swift  Tcl  VB  VCL*

3、Redis的应用场景到底有哪些？？

1、最常用的就是会话缓存
2、消息队列，比如支付
3、活动排行榜或计数
4、发布、订阅消息(消息通知)
5、商品列表、评论列表等

4、Redis安装

安装的大概步骤如下：

Redis是c语言开发的，安装redis需要c语言的编译环境
如果没有gcc需要在线安装：yum install gcc-c++

第一步：获取源码包：wget http://download.redis.io/releases/redis-3.0.0.tar.gz
第二步：解压缩redis：tar zxvf redis-3.0.0.tar.gz
第三步：编译。进入redis源码目录(cd redis-3.0.0)。执行 make
第四步：安装。make install PREFIX=/usr/local/redis

PREFIX参数指定redis的安装目录

5、Redis数据类型

Redis一共支持五种数据类型

1、string(字符串)
2、hash(哈希)
3、list(列表)
4、set(集合)
5、zset（sorted set 有序集合）

string(字符串)

它是redis最基本的数据类型，一个key对应一个value，需要注意是一个键值最大存储512MB。

128.127.0.0.1:6379> set key "hello world"

OK

127.0.0.1:6379> get key

"hello world"

127.0.0.1:6379> getset key "nihao"

"hello world"

127.0.0.1:6379> mset key1 "hi" key2 "nihao" key3 "hello"

OK

127.0.0.1:6379> get key1

"hi"

127.0.0.1:6379> get key2

"nihao"

127.0.0.1:6379> get key3

"hello"

hash(哈希)

redis hash是一个键值对的集合，是一个string类型的field和value的映射表，适合用于存储对象

128.127.0.0.1:6379> hset redishash 1 "001"

(integer) 1

127.0.0.1:6379> hget redishash 1

"001"

127.0.0.1:6379> hmset redishash 1 "001" 2 "002"

OK

127.0.0.1:6379> hget redishash 1

"001"

127.0.0.1:6379> hget redishash 2

"002"

127.0.0.1:6379> hmget redishash 1 2

1) "001"

2) "002"

list(列表)

是redis简单的字符串列表，它按插入顺序排序

128.127.0.0.1:6379> lpush word  hi

(integer) 1

127.0.0.1:6379> lpush word  hello

(integer) 2

127.0.0.1:6379> rpush word  world

(integer) 3

127.0.0.1:6379> lrange word 0 2

1) "hello"

2) "hi"

3) "world"

127.0.0.1:6379> llen word

(integer) 3

set(集合)

是string类型的无序集合，也不可重复

128.127.0.0.1:6379> sadd redis redisset

(integer) 1

127.0.0.1:6379> sadd redis redisset1

(integer) 1

127.0.0.1:6379> sadd redis redisset2

(integer) 1

127.0.0.1:6379> smembers redis

1) "redisset1"

2) "redisset"

3) "redisset2"

127.0.0.1:6379> sadd redis redisset2

(integer) 0

127.0.0.1:6379> smembers redis

1) "redisset1"

2) "redisset"

3) "redisset2"

127.0.0.1:6379> smembers redis

1) "redisset1"

2) "redisset3"

3) "redisset"

4) "redisset2"

127.0.0.1:6379> srem redis redisset

(integer) 1

127.0.0.1:6379> smembers redis

1) "redisset1"

2) "redisset3"

3) "redisset2"

zset（sorted set 有序集合）

是string类型的有序集合，也不可重复
sorted set中的每个元素都需要指定一个分数，根据分数对元素进行升序排序
如果多个元素有相同的分数，则以字典序进行升序排序
sorted set 因此非常适合实现排名

128.127.0.0.1:6379> zadd nosql 0 001

(integer) 1

127.0.0.1:6379> zadd nosql 0 002

(integer) 1

127.0.0.1:6379> zadd nosql 0 003

(integer) 1

127.0.0.1:6379> zcount nosql 0 0

(integer) 3

127.0.0.1:6379> zcount nosql 0 3

(integer) 3

127.0.0.1:6379> zrem nosql 002

(integer) 1

127.0.0.1:6379> zcount nosql 0 3

(integer) 2

127.0.0.1:6379> zscore nosql 003

"0"

127.0.0.1:6379> zrangebyscore nosql 0 10

1) "001"

2) "003"

127.0.0.1:6379> zadd nosql 1 003

(integer) 0

127.0.0.1:6379> zadd nosql 1 004

(integer) 1

127.0.0.1:6379> zrangebyscore nosql 0 10

1) "001"

2) "003"

3) "004"

127.0.0.1:6379> zadd nosql 3 005

(integer) 1

127.0.0.1:6379> zadd nosql 2 006

(integer) 1

127.0.0.1:6379> zrangebyscore nosql 0 10

1) "001"

2) "003"

3) "004"

4) "006"

5) "005"

6、键值相关的命令

128.127.0.0.1:6379> exists key

(integer) 1

127.0.0.1:6379> exists key1

(integer) 1

127.0.0.1:6379> exists key100

(integer) 0

127.0.0.1:6379> get key

"nihao,hello"

127.0.0.1:6379> get key1

"hi"

127.0.0.1:6379> del key1

(integer) 1

127.0.0.1:6379> get key1

(nil)

127.0.0.1:6379> rename key key0

OK

127.0.0.1:6379> get key

(nil)

127.0.0.1:6379> get key0

"nihao,hello"

127.0.0.1:6379> type key0

string

exists 确认key是否存在
del 删除key
expire 设置Key过期时间(单位秒)
persist 移除Key过期时间的配置
rename 重命名key
type 返回值的类型

7、Redis服务相关的命令

128.127.0.0.1:6379> select 0

OK

127.0.0.1:6379> info

# Server

redis_version:3.0.6

redis_git_sha1:00000000

redis_git_dirty:0

redis_build_id:347e3eeef5029f3

redis_mode:standalone

os:Linux 3.10.0-693.el7.x86_64 x86_64

arch_bits:64

multiplexing_api:epoll

gcc_version:4.8.5

process_id:31197

run_id:8b6ec6ad5035f5df0b94454e199511084ac6fb12

tcp_port:6379

uptime_in_seconds:8514

uptime_in_days:0

hz:10

lru_clock:14015928

config_file:/usr/local/redis/redis.conf

-------------------省略N行

127.0.0.1:6379> CONFIG GET 0

(empty list or set)

127.0.0.1:6379> CONFIG GET 15

(empty list or set)

slect 选择数据库(数据库编号0-15)
quit 退出连接
info 获得服务的信息与统计
monitor 实时监控
config get 获得服务配置
flushdb 删除当前选择的数据库中的key
flushall 删除所有数据库中的key

8、Redis的发布与订阅

Redis发布与订阅(pub/sub)是它的一种消息通信模式，一方发送信息，一方接收信息。
下图是三个客户端同时订阅同一个频道

下图是有新信息发送给频道1时，就会将消息发送给订阅它的三个客户端

9、Redis事务

Redis事务可以一次执行多条命令，发送exec命令前放入队列缓存，结束事务，收到exec命令后执行事务操作，如果某一命令执行失败，其它命令仍可继续执行，一个事务执行的过程中，其它客户端提交的请求不会被插入到事务执行的命令列表中。

一个事务经历三个阶段

开始事务(命令:multi)
命令执行
结束事务(命令:exec)

128.127.0.0.1:6379> MULTI

OK

127.0.0.1:6379> set key key1

QUEUED

127.0.0.1:6379> get key

QUEUED

127.0.0.1:6379> rename key key001

QUEUED

127.0.0.1:6379> exec

1) OK

2) "key1"

3) OK

10、Redis安全配置

可以通过修改配置文件设备密码参数来提高安全性

# requirepass foobared

去掉注释#号就可以配置密码

没有配置密码的情况下查询如下

127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass

1) "requirepass"

2) ""

配置密码之后，就需要进行认证

127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass

(error) NOAUTH Authentication required.

127.0.0.1:6379> AUTH foobared #认证

OK

127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass

1) "requirepass"

2) "foobared"

11、Redis持久化

Redis持久有两种方式:Snapshotting(快照),Append-only file(AOF)

Snapshotting(快照)

1、将存储在内存的数据以快照的方式写入二进制文件中，如默认dump.rdb中
2、save 900 1 #900秒内如果超过1个Key被修改，则启动快照保存
3、save 300 10 #300秒内如果超过10个Key被修改，则启动快照保存
4、save 60 10000 #60秒内如果超过10000个Key被修改，则启动快照保存

Append-only file(AOF)

1、使用AOF持久时，服务会将每个收到的写命令通过write函数追加到文件中（appendonly.aof）
2、AOF持久化存储方式参数说明
appendonly yes #开启AOF持久化存储方式
appendfsync always #收到写命令后就立即写入磁盘，效率最差，效果最好
appendfsync everysec #每秒写入磁盘一次，效率与效果居中
appendfsync no #完全依赖OS，效率最佳，效果没法保证

12、Redis 性能测试

自带相关测试工具

[root@test ~]# redis-benchmark --help

Usage: redis-benchmark [-h <host>] [-p <port>] [-c <clients>] [-n <requests]> [-k <boolean>]

 -h <hostname>      Server hostname (default 127.0.0.1)

 -p <port>          Server port (default 6379)

 -s <socket>        Server socket (overrides host and port)

 -a <password>      Password for Redis Auth

 -c <clients>       Number of parallel connections (default 50)

 -n <requests>      Total number of requests (default 100000)

 -d <size>          Data size of SET/GET value in bytes (default 2)

 -dbnum <db>        SELECT the specified db number (default 0)

 -k <boolean>       1=keep alive 0=reconnect (default 1)

 -r <keyspacelen>   Use random keys for SET/GET/INCR, random values for SADD

  Using this option the benchmark will expand the string __rand_int__

  inside an argument with a 12 digits number in the specified range

  from 0 to keyspacelen-1. The substitution changes every time a command

  is executed. Default tests use this to hit random keys in the

  specified range.

 -P <numreq>        Pipeline <numreq> requests. Default 1 (no pipeline).

 -q                 Quiet. Just show query/sec values

 --csv              Output in CSV format

 -l                 Loop. Run the tests forever

 -t <tests>         Only run the comma separated list of tests. The test

                    names are the same as the ones produced as output.

 -I                 Idle mode. Just open N idle connections and wait.

Examples:

 Run the benchmark with the default configuration against 127.0.0.1:6379:

   $ redis-benchmark

 Use 20 parallel clients, for a total of 100k requests, against 192.168.1.1:

   $ redis-benchmark -h 192.168.1.1 -p 6379 -n 100000 -c 20

 Fill 127.0.0.1:6379 with about 1 million keys only using the SET test:

   $ redis-benchmark -t set -n 1000000 -r 100000000

 Benchmark 127.0.0.1:6379 for a few commands producing CSV output:

   $ redis-benchmark -t ping,set,get -n 100000 --csv

 Benchmark a specific command line:

   $ redis-benchmark -r 10000 -n 10000 eval 'return redis.call("ping")' 0

 Fill a list with 10000 random elements:

   $ redis-benchmark -r 10000 -n 10000 lpush mylist __rand_int__

 On user specified command lines __rand_int__ is replaced with a random integer

 with a range of values selected by the -r option.

实际测试同时执行100万的请求

[root@test ~]# redis-benchmark -n 1000000 -q

PING_INLINE: 152578.58 requests per second

PING_BULK: 150308.14 requests per second

SET: 143266.47 requests per second

GET: 148632.58 requests per second

INCR: 145857.64 requests per second

LPUSH: 143781.45 requests per second

LPOP: 147819.66 requests per second

SADD: 138350.86 requests per second

SPOP: 134282.27 requests per second

LPUSH (needed to benchmark LRANGE): 141302.81 requests per second

LRANGE_100 (first 100 elements): 146756.67 requests per second

LRANGE_300 (first 300 elements): 148104.27 requests per second

LRANGE_500 (first 450 elements): 152671.75 requests per second

LRANGE_600 (first 600 elements): 148104.27 requests per second

MSET (10 keys): 132731.62 requests per second

13、Redis的备份与恢复

Redis自动备份有两种方式

第一种是通过dump.rdb文件实现备份
第二种使用aof文件实现自动备份

dump.rdb备份

Redis服务默认的自动文件备份方式(AOF没有开启的情况下)，在服务启动时，就会自动从dump.rdb文件中去加载数据。

具体配置在redis.conf

save 900 1

save 300 10

save 60 10000

也可以手工执行save命令实现手动备份

128.127.0.0.1:6379> set name key

OK

127.0.0.1:6379> SAVE

OK

127.0.0.1:6379> set name key1

OK

127.0.0.1:6379> BGSAVE

Background saving started

redis快照到dump文件时，会自动生成dump.rdb的文件

# The filename where to dump the DB

dbfilename dump.rdb

-rw-r--r-- 1 root root   253 Apr 17 20:17 dump.rdb

SAVE命令表示使用主进程将当前数据库快照到dump文件
BGSAVE命令表示，主进程会fork一个子进程来进行快照备份
两种备份不同之处，前者会阻塞主进程，后者不会。

恢复举例

# Note that you must specify a directory here, not a file name.

dir /usr/local/redisdata/

备份文件存储路径

127.0.0.1:6379> CONFIG GET dir

1) "dir"

2) "/usr/local/redisdata"

127.0.0.1:6379> set key 001

OK

127.0.0.1:6379> set key1 002

OK

127.0.0.1:6379> set key2 003

OK

127.0.0.1:6379> save

OK

将备份文件备份到其它目录

[root@test ~]# ll /usr/local/redisdata/

total 4

-rw-r--r-- 1 root root 49 Apr 17 21:24 dump.rdb

[root@test ~]# date

Tue Apr 17 21:25:38 CST 2018

[root@test ~]# cp ./dump.rdb /tmp/

删除数据

128.127.0.0.1:6379> del key1

(integer) 1

127.0.0.1:6379> get key1

(nil)

关闭服务，将原备份文件拷贝回save备份目录

[root@test ~]# redis-cli -a foobared shutdown

[root@test ~]# lsof -i :6379

[root@test ~]# cp /tmp/dump.rdb /usr/local/redisdata/

cp: overwrite ‘/usr/local/redisdata/dump.rdb’? y

[root@test ~]# redis-server /usr/local/redis/redis.conf &

[1] 31487

登录查看数据是否恢复

[root@test ~]# redis-cli -a foobared

127.0.0.1:6379> mget key key1 key2

1) "001"

2) "002"

3) "003"

AOF自动备份

redis服务默认是关闭此项配置

###### APPEND ONLY MODE ##########

appendonly no

# The name of the append only file (default: "appendonly.aof")

appendfilename "appendonly.aof"

# appendfsync always

appendfsync everysec

# appendfsync no

配置文件的相关参数，前面已经详细介绍过。
AOF文件备份，是备份所有的历史记录以及执行过的命令，和mysql binlog很相似，在恢复时就是重新执次一次之前执行的命令，需要注意的就是在恢复之前，和数据库恢复一样需要手工删除执行过的del或误操作的命令。

AOF与dump备份不同

1、aof文件备份与dump文件备份不同
2、服务读取文件的优先顺序不同，会按照以下优先级进行启动
如果只配置AOF,重启时加载AOF文件恢复数据
如果同时配置了RBD和AOF,启动是只加载AOF文件恢复数据
如果只配置RBD,启动时将加载dump文件恢复数据

注意：只要配置了aof，但是没有aof文件，这个时候启动的数据库会是空的

14、Redis 生产优化介绍

1、内存管理优化

  hash-max-ziplist-entries 512

  hash-max-ziplist-value 64

  list-max-ziplist-entries 512

  list-max-ziplist-value 64

list的成员与值都不太大的时候会采用紧凑格式来存储，相对内存开销也较小,在linux环境运行Redis时，如果系统的内存比较小，这个时候自动备份会有可能失败，需要修改系统的vm.overcommit_memory 参数，这个参数是linux系统的内存分配策略。

 0 表示内核将检查是否有足够的可用内存供应用进程使用；如果有足够的可用内存，内存申请允许；否则，内存申请失败，并把错误返回给应用进程。

 1 表示内核允许分配所有的物理内存，而不管当前的内存状态如何。

 2 表示内核允许分配超过所有物理内存和交换空间总和的内存
Redis官方的说明是，建议将vm.overcommit_memory的值修改为1，可以用下面几种方式进行修改：
（1）编辑/etc/sysctl.conf ，改vm.overcommit_memory=1，然后sysctl -p 使配置文件生效
（2）sysctl vm.overcommit_memory=1
（3）echo 1 > /proc/sys/vm/overcommit_memory

2、内存预分配

3、持久化机制

 定时快照：效率不高，会丢失数据

 AOF：保持数据完整性（一个实例的数量不要太大2G最大）

优化总结

1）根据业务需要选择合适的数据类型
2）当业务场景不需持久化时就关闭所有持久化方式（采用ssd磁盘来提升效率）
3）不要使用虚拟内存的方式，每秒实时写入AOF
4）不要让REDIS所在的服务器物理内存使用超过内存总量的3/5
5）要使用maxmemory
6）大数据量按业务分开使用多个redis实例

15、Redis集群应用

集群是将多个redis实例集中在一起，实现同一业务需求，或者实现高可用与负载均衡

到底有哪些集群方案呢？？

1、haproxy+keepalived+redis集群

1）通过redis的配置文件，实现主从复制、读写分离
2）通过haproxy的配置，实现负载均衡，当从故障时也会及时从集群中T除
3）利用keepalived来实现负载的高可用

2、redis官方Sentinel集群管理工具

1）sentinel负责对集群中的主从服务监控、提醒和自动故障转移
2）redis集群负责对外提供服务

3、Redis Cluster

Redis Cluster是Redis的分布式解决方案，在Redis 3.0版本正式推出的，有效解决了Redis分布式方面的需求。当遇到单机内存、并发、流量等瓶颈时，可以采用Cluster架构达到负载均衡的目的。

1）官方推荐，毋庸置疑。
2）去中心化，集群最大可增加1000个节点，性能随节点增加而线性扩展。
3）管理方便，后续可自行增加或摘除节点，移动分槽等等。
4）简单，易上手。