Redis入门精讲

一 Redis简介

本文将主要讲解Redis是什么，Redis的安装（包括Docker安装Redis）和Redis核心配置文件Redis.conf。

什么是Redis

Redis 是彻底开源免费的，遵照BSD协议，是一个高性能(NOSQL)的key-value数据库,Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、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。

NoSQL

NoSQL，泛指非关系型的数据库，NoSQL即Not-OnlySQL，它能够做为关系型数据库的良好补充。
传统的关系数据库在应付web2.0网站，特别是超大规模和高并发的SNS类型的web2.0纯动态网站已经显得力不从心，暴露了不少难以克服的问题，例如：

1. Highperformance-对数据库高并发读写的需求
   web2.0网站要根据用户个性化信息来实时生成动态页面和提供动态信息，因此基本上没法使用动态页面静态化技术，所以数据库并发负载很是高，每每要达到每秒上万次读写请求。关系数据库应付上万次SQL写数据请求，硬盘IO已经没法承受了。其实对于普通的BBS网站，每每也存在对高并发写请求的需求，例如网站的实时统计在线用户状态，记录热门帖子的点击次数，投票计数等，所以这是一个至关广泛的需求。

2. HugeStorage-对海量数据的高效率存储和访问的需求
   相似Facebook，twitter，Friendfeed这样的SNS网站，天天用户产生海量的用户动态，以Friendfeed为例，一个月就达到了2.5亿条用户动态，对于关系数据库来讲，在一张2.5亿条记录的表里面进行SQL查询，效率是极其低下乃至不可忍受的。再例如大型web网站的用户登陆系统，例如腾讯,动辄数以亿计的账号，关系数据库也很难应付。

3. HighScalability&&HighAvailability-对数据库的高可扩展性和高可用性的需求
   在基于web的架构当中，数据库是最难进行横向扩展的，当一个应用系统的用户量和访问量与日俱增的时候，你的数据库却没有办法像webserver那样简单的经过添加更多的硬件和服务节点来扩展性能和负载能力。对于不少须要提供24小时不间断服务的网站来讲，对数据库系统进行升级和扩展是很是痛苦的事情，每每须要停机维护和数据迁移。

NoSQL的类别

键值(Key-Value)存储数据库

Key/value模型对于IT系统来讲的优点在于简单、易部署。可是若是只对部分值进行查询或更新的时候，Key/value就显得效率低下了。

• 表明产品：Redis
• 典型应用：内容缓存，主要用于处理大量数据的高访问负载
• 数据模型：一系列键值对
• 优点：快速查询
• 劣势：存储的数据缺乏结构化

列存储数据库

列存储数据库一般是用来应对分布式存储的海量数据。键仍然存在，可是它们的特色是指向了多个列。这些列是由列家族来安排的。

• 表明产品：HBase
• 典型应用：分布式的文件系统
• 数据模型：以列簇式存储，将同一列数据存在一块儿
• 优点：查找速度快，可扩展性强，更容易进行分布式扩展
• 劣势：功能相对局限

文档型数据库

文档型数据库同第一种键值存储相相似。半结构化的文档以特定的格式存储，好比JSON。文档型数据库能够看做是键值数据库的升级版，容许之间嵌套键值。并且文档型数据库比键值数据库的查询效率更高。

• 表明产品：MongoDB
• 典型应用：Web应用（与Key-Value相似，Value是结构化的）
• 数据模型：一系列键值对
• 优点：数据结构要求不严格
• 劣势：查询性能不高，并且缺少统一的查询语法

图(Graph)数据库

图形结构的数据库同其余行列以及刚性结构的SQL数据库不一样，它是使用灵活的图形模型，而且可以扩展到多个服务器上。NoSQL数据库没有标准的查询语言(SQL)，所以进行数据库查询须要制定数据模型。许多NoSQL数据库都有REST式的数据接口或者查询API。

• 表明产品：Neo4J
• 典型应用：社交网络
• 数据模型：图结构
• 优点：利用图结构相关算法
• 劣势：须要对整个图作计算才能得出结果，不容易作分布式的集群方案

总结：

所以，咱们总结NoSQL数据库在如下的这几种状况下比较适用：

1. 数据模型比较简单；
2. 须要灵活性更强的IT系统；
3. 对数据库性能要求较高；
4. 不须要高度的数据一致性；
5. 对于给定key，比较容易映射复杂值的环境

NoSQL数据库的产生就是为了解决大规模数据集合多重数据种类带来的挑战，尤为是大数据应用难题（高并发）。

Redis描述

Redis优点

Redis是一个简单的，高效的，分布式的，基于内存的缓存工具。架设好服务器后，经过网络链接，提供Key－Value式缓存服务。简单，是Redis突出的特点。简单能够保证核心功能的稳定和优异。

• 性能极高 – Redis能读的速度是110000次/s,写的速度是81000次/s 。
• 丰富的数据类型 – Redis支持的类型 String，Hash，List， Set 及 Ordered Set 数据类型操做。
• 原子性 – Redis的全部操做都是原子性的。单个操做是原子性的。多个操做也支持事务，即原子性，经过MULTI和EXEC指令包起来。
• 丰富的特性 – Redis还支持 publish/subscribe, 通知, key 过时等等特性。
• 高速读写，redis使用本身实现的分离器，代码量很短，没有使用lock（MySQL），所以效率很是高。

Redis缺点

• 持久化。Redis直接将数据存储到内存中，要将数据保存到磁盘上，Redis可使用两种方式实现持久化过程。定时快照（snapshot）：每隔一段时间将整个数据库写到磁盘上，每次均是写所有数据，代价很是高。第二种方式基于语句追加（aof）：只追踪变化的数据，可是追加的log可能过大，同时全部的操做均从新执行一遍，回复速度慢。
• 耗内存，占用内存太高。

Redis的应用场景

企业级开发中:能够用做数据库、缓存、热点数据（常常会被查询，可是不常常被修改或者删除的数据)和消息中间件等大部分功能。
redis经常使用的场景示例以下：

1. 缓存
   合理的利用缓存不只可以提高网站访问速度，还能大大下降数据库的压力。Redis提供了键过时功能，也提供了灵活的键淘汰策略，因此，如今Redis用在缓存的场合很是多。
2. 排行榜
   不少网站都有排行榜应用。Redis提供的有序集合数据类构能实现各类复杂的排行榜应用。
3. 计数器
   为了保证数据时效，每次浏览都得+1，并发量高时若是每次都请求数据库操做无疑是种挑战和压力。Redis提供的incr命令来实现计数器功能，内存操做，性能很是好，很是适用于这些计数场景。
4. 分布式会话
   集群模式下，在应用很少的状况下通常使用容器自带的session复制功能就能知足，当应用增多相对复杂的系统中，通常都会搭建以Redis等内存数据库为中心的session服务，session再也不由容器管理，而是由session服务及内存数据库管理。
5. 分布式锁
   分布式技术带来的技术挑战是对同一个资源的并发访问，如全局ID、秒杀等场景，并发量不大的场景可使用数据库的悲观锁、乐观锁来实现，但在并发量高的场合中，利用数据库锁来控制资源的并发访问大大影响了数据库的性能。能够利用Redis的setnx功能来编写分布式的锁，若是设置返回1说明获取锁成功，不然获取锁失败，实际应用中要考虑的细节要更多。
6. 社交网络
   点赞、关注、共同好友等是社交网站的基本功能，社交网站的访问量一般来讲比较大，并且传统的关系数据库类型不适合存储这种类型的数据，Redis提供的哈希、集合等数据结构能很方便的的实现这些功能。
7. 最新列表
   Redis列表结构，LPUSH能够在列表头部插入一个内容ID做为关键字，LTRIM可用来限制列表的数量，这样列表永远为N个ID，无需查询最新的列表，直接根据ID去到对应的内容页便可。
8. 消息系统
   消息队列是大型网站必用中间件，如ActiveMQ、RabbitMQ、Kafka等流行的消息队列中间件，主要用于业务解耦、流量削峰及异步处理实时性低的业务。Redis提供了发布/订阅及阻塞队列功能，能实现一个简单的消息队列系统。另外，这个不能和专业的消息中间件相比。

二 Redis安装

安装前准备

安装gcc

Redis是C语言开发，安装Redis须要先将官网下载的源码进行编译，编译依赖gcc环境，若是没有gcc环境，须要安装gcc。
gcc的安装很简单，确保root登陆：

yum -y install gcc automake autoconf libtool make
复制代码

安装Redis

能够根据须要下载不一样版本。 下载redis5.0二进制安装包

wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.0.tar.gz
复制代码

解压到/opt目录下

tar zxvf redis-5.0.0.tar.gz -C /opt
复制代码

编译

cd /opt/redis-5.0.0 && make MALLOC=libc   
复制代码

成功输出以下：

... ...
Hint: It's a good idea to run 'make test' ;)

make[1]: Leaving directory `/opt/redis-5.0.0/src'
复制代码

指定安装位置

make PREFIX=/usr/local/redis install 
复制代码

**注意：**PREFIX必须大写、同时会自动为咱们建立redis目录，并将结果安装到此目录。
查看安装后的文件

# cd /usr/local/redis/bin
# ll
total 12876
-rwxr-xr-x. 1 root root  353792 Mar 11 15:01 redis-benchmark
-rwxr-xr-x. 1 root root 4016176 Mar 11 15:01 redis-check-aof
-rwxr-xr-x. 1 root root 4016176 Mar 11 15:01 redis-check-rdb
-rwxr-xr-x. 1 root root  770992 Mar 11 15:01 redis-cli
lrwxrwxrwx. 1 root root      12 Mar 11 15:01 redis-sentinel -> redis-server
-rwxr-xr-x. 1 root root 4016176 Mar 11 15:01 redis-server
复制代码

三 Redis启动

启动Redis服务端

启动Redis 服务端命令语法：

./bin/redis-server ./redis.conf
复制代码

进入对应的安装目录并执行命令：

cd /usr/local/redis
./bin/redis-server
复制代码

启动Redis客户端

启动Redis 客户端命令语法：

redis-cli -h host -p port -a password    //redis-cli –h IP地址 –p 端口 –a 密码
复制代码

redis的客户端，即redis-cli（Redis Command Line Interface），它是Redis自带的基于命令行的Redis客户端。
进入Redis客服端（克隆一个窗口）进入对应的安装目录并执行命令：

cd /usr/local/redis 
./bin/redis-cli
复制代码

检测是否服务端启动:

127.0.0.1:6379> PING
PONG
复制代码

退出客户端命令：

127.0.0.1:6379> shutdown
复制代码

四 Redis配置详解

Redis定义了不少默认配置。但在实际开发中，通常咱们都会经过手动配置完成。Redis 的配置文件位于 Redis 安装目录下，文件名为 redis.conf。

配置Redis

命令：解压目录下的redis.conf 配置文件复制到安装文件的目录下

cp /opt/redis-5.0.0/redis.conf /usr/local/redis
复制代码

redis.conf

**1. Redis默认不是以守护进程的方式运行，能够经过该配置项修改，使用yes启用守护进程
    daemonize no

2. 当Redis以守护进程方式运行时，Redis默认会把pid写入/var/run/redis.pid文件，能够经过pidfile指定
    pidfile /var/run/redis.pid

**3. 指定Redis监听端口，默认端口为6379，由于6379在手机按键上MERZ对应的号码取自意大利歌女AlessiaMerz的名字
    port 6379

**4. 绑定的主机地址
    bind 127.0.0.1

5. 当客户端闲置多长时间后关闭链接，若是指定为0，表示关闭该功能
    timeout 300

6. 指定日志记录级别，Redis总共支持四个级别：debug、verbose、notice、warning，默认为verbose
    loglevel verbose

7. 日志记录方式，默认为标准输出，若是配置Redis为守护进程方式运行，而这里又配置为日志记录方式为标准输出，则日志将会发送给/dev/null
    logfile stdout

**8. 设置数据库的数量，默认数据库为0，可使用SELECT<dbid>命令在链接上指定数据库id
    databases 16

**9. 指定在多长时间内，有多少次更新操做，就将数据同步到数据文件，能够多个条件配合
    save <seconds> <changes>
    Redis默认配置文件中提供了三个条件：
    save 900 1
    save 300 10
    save 60 10000
    分别表示900秒（15分钟）内有1个更改，300秒（5分钟）内有10个更改以及60秒内有10000个更改。

**10. 指定存储至本地数据库时是否压缩数据，默认为yes，Redis采用LZF(压缩算法）压缩，若是为了节省CPU时间，能够关闭该选项，但会致使数据库文件变的巨大
    rdbcompression yes

**11. 指定本地数据库文件名，默认值为dump.rdb
    dbfilename dump.rdb

**12. 指定本地数据库存放目录
    dir ./

13. 设置当本机为slav服务时，设置master服务的IP地址及端口，在Redis启动时，它会自动从master进行数据同步
	slaveof <masterip> <masterport> 

14. 当master服务设置了密码保护时，slav服务链接master的密码
    masterauth <master-password>
 
**15. 设置Redis链接密码，若是配置了链接密码，客户端在链接Redis时须要经过AUTH<password>命令提供密码，默认关闭
    requirepass foobared

16. 设置同一时间最大客户端链接数，默认无限制，Redis能够同时打开的客户端链接数为Redis进程能够打开的最大文件描述符数，若是设置maxclients 0，表示不做限制。当客户端链接数到达限制时，Redis会关闭新的链接并向客户端返回max number of clients reached错误信息     
    maxclients 128

17. 指定Redis最大内存限制，Redis在启动时会把数据加载到内存中，达到最大内存后，Redis会先尝试清除已到期或即将到期的Key，当此方法处理后，仍然到达最大内存设置，将没法再进行写入操做，但仍然能够进行读取操做。Redis新的vm机制，会把Key存放内存，Value会存放在swap区
    maxmemory <bytes>

18. 指定是否在每次更新操做后进行日志记录，Redis在默认状况下是异步的把数据写入磁盘，若是不开启，可能会在断电时致使一段时间内的数据丢失。由于redis自己同步数据文件是按上面save条件来同步的，因此有的数据会在一段时间内只存在于内存中。默认为
    noappendonly no

19. 指定更新日志文件名，默认为appendonly.aof
    appendfilename appendonly.aof

20. 指定更新日志条件，共有3个可选值：
    no：表示等操做系统进行数据缓存同步到磁盘（快）
    always：表示每次更新操做后手动调用fsync()将数据写到磁盘（慢，安全）
    everysec：表示每秒同步一次（折衷，默认值）
    appendfsync everysec

21. 指定是否启用虚拟内存机制，默认值为no，VM机制将数据分页存放，由Redis将访问量较少的页即冷数据swap到磁盘上，访问多的页面由磁盘自动换出到内存中（在后面的文章我会仔细分析Redis的VM机制）
    vm-enabledno

22. 虚拟内存文件路径，默认值为/tmp/redis.swap，不可多个Redis实例共享
    vm-swap-file /tmp/redis.swap

23. 将全部大于vm-max-memory的数据存入虚拟内存,不管vm-max-memory设置多小,全部索引数据都是内存存储的(Redis的索引数据就是keys),也就是说,当vm-max-memory设置为0的时候,实际上是全部value都存在于磁盘。默认值为0
vm-max-memory 0

24.Redis swap文件分红了不少的page，一个对象能够保存在多个page上面，但一个page上不能被多个对象共享，vm-page-size是要根据存储的数据大小来设定的，做者建议若是存储不少小对象，page大小最好设置为32或者64 bytes；若是存储很大大对象，则可使用更大的page，若是不肯定，就使用默认值
    vm-page-size32

25.设置swap文件中的page数量，因为页表（一种表示页面空闲或使用的bitmap）是在放在内存中的，在磁盘上每8个pages将消耗1 byte的内存。
    vm-pages134217728

26.设置访问swap文件的线程数,最好不要超过机器的核数,若是设置为0,那么全部对swap文件的操做都是串行的，可能会形成比较长时间的延迟。默认值为4
vm-max-threads 4

27.设置在向客户端应答时，是否把较小的包合并为一个包发送，默认为开启
    glueoutputbuf yes

28.指定在超过必定的数量或者最大的元素超过某一临界值时，采用一种特殊的哈希算法
    hash-max-zip map-entries 64 
    hash-max-zipmap-value 512

29.指定是否激活重置哈希，默认为开启（后面在介绍Redis的哈希算法时具体介绍）
    activerehashing yes

30.指定包含其它的配置文件，能够在同一主机上多个Redis实例之间使用同一份配置文件，而同时各个实例又拥有本身的特定配置文件
    include/path/to/local.conf
复制代码

Redis中的内存维护策略

redis做为优秀的中间缓存件，时常会存储大量的数据，即便采起了集群部署来动态扩容，也应该即时的整理内存，维持系统性能。在redis中有两种解决方案

1. 为数据设置超时时间

expirekeytime(以秒为单位)--这是最经常使用的方式
setex(Stringkey,intseconds,Stringvalue)--字符串独有的方式
复制代码

• 除了字符串本身独有设置过时时间的方法外，其余方法都须要依靠expire方法来设置时间
• 若是没有设置时间，那缓存就是永不过时
• 若是设置了过时时间，以后又想让缓存永不过时，使用persist key

2. 采用LRU算法动态将不用的数据删除

内存管理的一种页面置换算法，对于在内存中但又不用的数据块（内存块）叫作LRU，操做系统会根据哪些数据属于LRU而将其移出内存而腾出空间来加载另外的数据。

1. volatile-lru：设定超时时间的数据中,删除最不常使用的数据。
2. allkeys-lru：查询全部的key中最近最不常使用的数据进行删除，这是应用最普遍的策略。
3. volatile-random：在已经设定了超时的数据中随机删除.。
4. allkeys-random：查询全部的key,以后随机删除。
5. volatile-ttl：查询所有设定超时时间的数据,以后排序,将立刻将要过时的数据进行删除操做。
6. noeviction：若是设置为该属性,则不会进行删除操做,若是内存溢出则报错返回。
7. volatile-lfu：从全部配置了过时时间的键中驱逐使用频率最少的键。
8. allkeys-lfu：从全部键中驱逐使用频率最少的键。

自定义配置Redis

进入对应的安装目录 /usr/local/redis修改 redis.conf 配置文件vim redis.conf (进入命令模式经过/内容查找相应字符串）

daemonize no 修改成daemonize yes 守护进程启动
bind 127.0.0.1 注释掉 容许除本机外的机器访问Redis服务
requirepass 设置密码 设定数据库密码(保证服务安全/有些状况下 不设定密码是没法进行远程链接访问的)
复制代码

Redis采用的是单进程多线程的模式。当redis.conf中选项daemonize设置成yes时，表明开启守护进程模式。在该模式下，redis会在后台运行，并将进程pid号写入至redis.conf选项pidfile设置的文件中，此时redis将一直运行，除非手动kill该进程。
由于redis速度至关快，因此一台比较好的服务器下，一个外部用户在一秒内能够进行15W次密码尝试，这意味着你须要设定很是强大的密码来防止暴力破解。能够经过 redis 的配置文件设置密码参数，这样客户端链接到 redis 服务就须要密码验证，这样可让你的redis 服务更安全。

五 Docker 安装Redis

安装单机版Redis

一、搜索redis

docker search redis
复制代码

二、下载镜像

docker pull docker.io/redis:5.0.0
复制代码

三、建立并运行容器

docker run --rm -d --name redis6379 -p 6379:6379 redis:5.0.0 --requirepass "xiaowangzi"
复制代码

四、测试Redis

docker exec -it redis6379 bash    //进入redis命令 
redis-cli -a "xiaowangzi"    //开启客户端功能
复制代码

到此咱们已经掌握了redis的基本内容，脱离业务的技术都是耍流氓，因此接下来我会以实战的方式，进行redis 经常使用数据类型和其它高级配置以及订阅发布、持久化、缓存等功能实例的讲解，不要忘记关注或点赞嗷~