Redis入門精講

一 Redis簡介

本文將主要講解Redis是什麼，Redis的安裝（包括Docker安裝Redis）和Redis核心配置文件Redis.conf。

什麼是Redis

Redis 是徹底開源免費的，遵照BSD協議，是一個高性能(NOSQL)的key-value數據庫,Redis是一個開源的使用ANSI C語言編寫、支持網絡、可基於內存亦可持久化的日誌型、Key-Value數據庫，並提供多種語言的API。

NoSQL

NoSQL，泛指非關係型的數據庫，NoSQL即Not-OnlySQL，它能夠做爲關係型數據庫的良好補充。
傳統的關係數據庫在應付web2.0網站，特別是超大規模和高併發的SNS類型的web2.0純動態網站已經顯得力不從心，暴露了不少難以克服的問題，例如：

1. Highperformance-對數據庫高併發讀寫的需求
   web2.0網站要根據用戶個性化信息來實時生成動態頁面和提供動態信息，因此基本上沒法使用動態頁面靜態化技術，所以數據庫併發負載很是高，每每要達到每秒上萬次讀寫請求。關係數據庫應付上萬次SQL寫數據請求，硬盤IO已經沒法承受了。其實對於普通的BBS網站，每每也存在對高併發寫請求的需求，例如網站的實時統計在線用戶狀態，記錄熱門帖子的點擊次數，投票計數等，所以這是一個至關廣泛的需求。

2. HugeStorage-對海量數據的高效率存儲和訪問的需求
   相似Facebook，twitter，Friendfeed這樣的SNS網站，天天用戶產生海量的用戶動態，以Friendfeed爲例，一個月就達到了2.5億條用戶動態，對於關係數據庫來講，在一張2.5億條記錄的表裏面進行SQL查詢，效率是極其低下乃至不可忍受的。再例如大型web網站的用戶登陸系統，例如騰訊,動輒數以億計的賬號，關係數據庫也很難應付。

3. HighScalability&&HighAvailability-對數據庫的高可擴展性和高可用性的需求
   在基於web的架構當中，數據庫是最難進行橫向擴展的，當一個應用系統的用戶量和訪問量與日俱增的時候，你的數據庫卻沒有辦法像webserver那樣簡單的經過添加更多的硬件和服務節點來擴展性能和負載能力。對於不少須要提供24小時不間斷服務的網站來講，對數據庫系統進行升級和擴展是很是痛苦的事情，每每須要停機維護和數據遷移。

NoSQL的類別

鍵值(Key-Value)存儲數據庫

Key/value模型對於IT系統來講的優點在於簡單、易部署。可是若是隻對部分值進行查詢或更新的時候，Key/value就顯得效率低下了。

• 表明產品：Redis
• 典型應用：內容緩存，主要用於處理大量數據的高訪問負載
• 數據模型：一系列鍵值對
• 優點：快速查詢
• 劣勢：存儲的數據缺乏結構化

列存儲數據庫

列存儲數據庫一般是用來應對分佈式存儲的海量數據。鍵仍然存在，可是它們的特色是指向了多個列。這些列是由列家族來安排的。

• 表明產品：HBase
• 典型應用：分佈式的文件系統
• 數據模型：以列簇式存儲，將同一列數據存在一塊兒
• 優點：查找速度快，可擴展性強，更容易進行分佈式擴展
• 劣勢：功能相對侷限

文檔型數據庫

文檔型數據庫同第一種鍵值存儲相相似。半結構化的文檔以特定的格式存儲，好比JSON。文檔型數據庫能夠看做是鍵值數據庫的升級版，容許之間嵌套鍵值。並且文檔型數據庫比鍵值數據庫的查詢效率更高。

• 表明產品：MongoDB
• 典型應用：Web應用（與Key-Value相似，Value是結構化的）
• 數據模型：一系列鍵值對
• 優點：數據結構要求不嚴格
• 劣勢：查詢性能不高，並且缺少統一的查詢語法

圖(Graph)數據庫

圖形結構的數據庫同其餘行列以及剛性結構的SQL數據庫不一樣，它是使用靈活的圖形模型，而且可以擴展到多個服務器上。NoSQL數據庫沒有標準的查詢語言(SQL)，所以進行數據庫查詢須要制定數據模型。許多NoSQL數據庫都有REST式的數據接口或者查詢API。

• 表明產品：Neo4J
• 典型應用：社交網絡
• 數據模型：圖結構
• 優點：利用圖結構相關算法
• 劣勢：須要對整個圖作計算才能得出結果，不容易作分佈式的集羣方案

總結：

所以，咱們總結NoSQL數據庫在如下的這幾種狀況下比較適用：

1. 數據模型比較簡單；
2. 須要靈活性更強的IT系統；
3. 對數據庫性能要求較高；
4. 不須要高度的數據一致性；
5. 對於給定key，比較容易映射覆雜值的環境

NoSQL數據庫的產生就是爲了解決大規模數據集合多重數據種類帶來的挑戰，尤爲是大數據應用難題（高併發）。

Redis描述

Redis優點

Redis是一個簡單的，高效的，分佈式的，基於內存的緩存工具。架設好服務器後，經過網絡鏈接，提供Key－Value式緩存服務。簡單，是Redis突出的特點。簡單能夠保證核心功能的穩定和優異。

• 性能極高 – Redis能讀的速度是110000次/s,寫的速度是81000次/s 。
• 豐富的數據類型 – Redis支持的類型 String，Hash，List， Set 及 Ordered Set 數據類型操做。
• 原子性 – Redis的全部操做都是原子性的。單個操做是原子性的。多個操做也支持事務，即原子性，經過MULTI和EXEC指令包起來。
• 豐富的特性 – Redis還支持 publish/subscribe, 通知, key 過時等等特性。
• 高速讀寫，redis使用本身實現的分離器，代碼量很短，沒有使用lock（MySQL），所以效率很是高。

Redis缺點

• 持久化。Redis直接將數據存儲到內存中，要將數據保存到磁盤上，Redis可使用兩種方式實現持久化過程。定時快照（snapshot）：每隔一段時間將整個數據庫寫到磁盤上，每次均是寫所有數據，代價很是高。第二種方式基於語句追加（aof）：只追蹤變化的數據，可是追加的log可能過大，同時全部的操做均從新執行一遍，回覆速度慢。
• 耗內存，佔用內存太高。

Redis的應用場景

企業級開發中:能夠用做數據庫、緩存、熱點數據（常常會被查詢，可是不常常被修改或者刪除的數據)和消息中間件等大部分功能。
redis經常使用的場景示例以下：

1. 緩存
   合理的利用緩存不只可以提高網站訪問速度，還能大大下降數據庫的壓力。Redis提供了鍵過時功能，也提供了靈活的鍵淘汰策略，因此，如今Redis用在緩存的場合很是多。
2. 排行榜
   不少網站都有排行榜應用。Redis提供的有序集合數據類構能實現各類複雜的排行榜應用。
3. 計數器
   爲了保證數據時效，每次瀏覽都得+1，併發量高時若是每次都請求數據庫操做無疑是種挑戰和壓力。Redis提供的incr命令來實現計數器功能，內存操做，性能很是好，很是適用於這些計數場景。
4. 分佈式會話
   集羣模式下，在應用很少的狀況下通常使用容器自帶的session複製功能就能知足，當應用增多相對複雜的系統中，通常都會搭建以Redis等內存數據庫爲中心的session服務，session再也不由容器管理，而是由session服務及內存數據庫管理。
5. 分佈式鎖
   分佈式技術帶來的技術挑戰是對同一個資源的併發訪問，如全局ID、秒殺等場景，併發量不大的場景可使用數據庫的悲觀鎖、樂觀鎖來實現，但在併發量高的場合中，利用數據庫鎖來控制資源的併發訪問大大影響了數據庫的性能。能夠利用Redis的setnx功能來編寫分佈式的鎖，若是設置返回1說明獲取鎖成功，不然獲取鎖失敗，實際應用中要考慮的細節要更多。
6. 社交網絡
   點贊、關注、共同好友等是社交網站的基本功能，社交網站的訪問量一般來講比較大，並且傳統的關係數據庫類型不適合存儲這種類型的數據，Redis提供的哈希、集合等數據結構能很方便的的實現這些功能。
7. 最新列表
   Redis列表結構，LPUSH能夠在列表頭部插入一個內容ID做爲關鍵字，LTRIM可用來限制列表的數量，這樣列表永遠爲N個ID，無需查詢最新的列表，直接根據ID去到對應的內容頁便可。
8. 消息系統
   消息隊列是大型網站必用中間件，如ActiveMQ、RabbitMQ、Kafka等流行的消息隊列中間件，主要用於業務解耦、流量削峯及異步處理實時性低的業務。Redis提供了發佈/訂閱及阻塞隊列功能，能實現一個簡單的消息隊列系統。另外，這個不能和專業的消息中間件相比。

二 Redis安裝

安裝前準備

安裝gcc

Redis是C語言開發，安裝Redis須要先將官網下載的源碼進行編譯，編譯依賴gcc環境，若是沒有gcc環境，須要安裝gcc。
gcc的安裝很簡單，確保root登陸：

yum -y install gcc automake autoconf libtool make
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安裝Redis

能夠根據須要下載不一樣版本。 下載redis5.0二進制安裝包

wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.0.tar.gz
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解壓到/opt目錄下

tar zxvf redis-5.0.0.tar.gz -C /opt
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編譯

cd /opt/redis-5.0.0 && make MALLOC=libc   
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成功輸出以下：

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

make[1]: Leaving directory `/opt/redis-5.0.0/src'
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指定安裝位置

make PREFIX=/usr/local/redis install 
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**注意：**PREFIX必須大寫、同時會自動爲咱們建立redis目錄，並將結果安裝到此目錄。
查看安裝後的文件

# 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
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三 Redis啓動

啓動Redis服務端

啓動Redis 服務端命令語法：

./bin/redis-server ./redis.conf
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進入對應的安裝目錄並執行命令：

cd /usr/local/redis
./bin/redis-server
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啓動Redis客戶端

啓動Redis 客戶端命令語法：

redis-cli -h host -p port -a password    //redis-cli –h IP地址 –p 端口 –a 密碼
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redis的客戶端，即redis-cli（Redis Command Line Interface），它是Redis自帶的基於命令行的Redis客戶端。
進入Redis客服端（克隆一個窗口）進入對應的安裝目錄並執行命令：

cd /usr/local/redis 
./bin/redis-cli
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檢測是否服務端啓動:

127.0.0.1:6379> PING
PONG
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退出客戶端命令：

127.0.0.1:6379> shutdown
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四 Redis配置詳解

Redis定義了不少默認配置。但在實際開發中，通常咱們都會經過手動配置完成。Redis 的配置文件位於 Redis 安裝目錄下，文件名爲 redis.conf。

配置Redis

命令：解壓目錄下的redis.conf 配置文件複製到安裝文件的目錄下

cp /opt/redis-5.0.0/redis.conf /usr/local/redis
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redis.conf

**1. Redis默認不是以守護進程的方式運行，能夠經過該配置項修改，使用yes啓用守護進程
    daemonize no

2. 當Redis以守護進程方式運行時，Redis默認會把pid寫入/var/run/redis.pid文件，能夠經過pidfile指定
    pidfile /var/run/redis.pid

**3. 指定Redis監聽端口，默認端口爲6379，由於6379在手機按鍵上MERZ對應的號碼取自意大利歌女AlessiaMerz的名字
    port 6379

**4. 綁定的主機地址
    bind 127.0.0.1

5. 當客戶端閒置多長時間後關閉鏈接，若是指定爲0，表示關閉該功能
    timeout 300

6. 指定日誌記錄級別，Redis總共支持四個級別：debug、verbose、notice、warning，默認爲verbose
    loglevel verbose

7. 日誌記錄方式，默認爲標準輸出，若是配置Redis爲守護進程方式運行，而這裏又配置爲日誌記錄方式爲標準輸出，則日誌將會發送給/dev/null
    logfile stdout

**8. 設置數據庫的數量，默認數據庫爲0，可使用SELECT<dbid>命令在鏈接上指定數據庫id
    databases 16

**9. 指定在多長時間內，有多少次更新操做，就將數據同步到數據文件，能夠多個條件配合
    save <seconds> <changes>
    Redis默認配置文件中提供了三個條件：
    save 900 1
    save 300 10
    save 60 10000
    分別表示900秒（15分鐘）內有1個更改，300秒（5分鐘）內有10個更改以及60秒內有10000個更改。

**10. 指定存儲至本地數據庫時是否壓縮數據，默認爲yes，Redis採用LZF(壓縮算法）壓縮，若是爲了節省CPU時間，能夠關閉該選項，但會致使數據庫文件變的巨大
    rdbcompression yes

**11. 指定本地數據庫文件名，默認值爲dump.rdb
    dbfilename dump.rdb

**12. 指定本地數據庫存放目錄
    dir ./

13. 設置當本機爲slav服務時，設置master服務的IP地址及端口，在Redis啓動時，它會自動從master進行數據同步
	slaveof <masterip> <masterport> 

14. 當master服務設置了密碼保護時，slav服務鏈接master的密碼
    masterauth <master-password>
 
**15. 設置Redis鏈接密碼，若是配置了鏈接密碼，客戶端在鏈接Redis時須要經過AUTH<password>命令提供密碼，默認關閉
    requirepass foobared

16. 設置同一時間最大客戶端鏈接數，默認無限制，Redis能夠同時打開的客戶端鏈接數爲Redis進程能夠打開的最大文件描述符數，若是設置maxclients 0，表示不做限制。當客戶端鏈接數到達限制時，Redis會關閉新的鏈接並向客戶端返回max number of clients reached錯誤信息     
    maxclients 128

17. 指定Redis最大內存限制，Redis在啓動時會把數據加載到內存中，達到最大內存後，Redis會先嚐試清除已到期或即將到期的Key，當此方法處理後，仍然到達最大內存設置，將沒法再進行寫入操做，但仍然能夠進行讀取操做。Redis新的vm機制，會把Key存放內存，Value會存放在swap區
    maxmemory <bytes>

18. 指定是否在每次更新操做後進行日誌記錄，Redis在默認狀況下是異步的把數據寫入磁盤，若是不開啓，可能會在斷電時致使一段時間內的數據丟失。由於redis自己同步數據文件是按上面save條件來同步的，因此有的數據會在一段時間內只存在於內存中。默認爲
    noappendonly no

19. 指定更新日誌文件名，默認爲appendonly.aof
    appendfilename appendonly.aof

20. 指定更新日誌條件，共有3個可選值：
    no：表示等操做系統進行數據緩存同步到磁盤（快）
    always：表示每次更新操做後手動調用fsync()將數據寫到磁盤（慢，安全）
    everysec：表示每秒同步一次（折衷，默認值）
    appendfsync everysec

21. 指定是否啓用虛擬內存機制，默認值爲no，VM機制將數據分頁存放，由Redis將訪問量較少的頁即冷數據swap到磁盤上，訪問多的頁面由磁盤自動換出到內存中（在後面的文章我會仔細分析Redis的VM機制）
    vm-enabledno

22. 虛擬內存文件路徑，默認值爲/tmp/redis.swap，不可多個Redis實例共享
    vm-swap-file /tmp/redis.swap

23. 將全部大於vm-max-memory的數據存入虛擬內存,不管vm-max-memory設置多小,全部索引數據都是內存存儲的(Redis的索引數據就是keys),也就是說,當vm-max-memory設置爲0的時候,實際上是全部value都存在於磁盤。默認值爲0
vm-max-memory 0

24.Redis swap文件分紅了不少的page，一個對象能夠保存在多個page上面，但一個page上不能被多個對象共享，vm-page-size是要根據存儲的數據大小來設定的，做者建議若是存儲不少小對象，page大小最好設置爲32或者64 bytes；若是存儲很大大對象，則可使用更大的page，若是不肯定，就使用默認值
    vm-page-size32

25.設置swap文件中的page數量，因爲頁表（一種表示頁面空閒或使用的bitmap）是在放在內存中的，在磁盤上每8個pages將消耗1 byte的內存。
    vm-pages134217728

26.設置訪問swap文件的線程數,最好不要超過機器的核數,若是設置爲0,那麼全部對swap文件的操做都是串行的，可能會形成比較長時間的延遲。默認值爲4
vm-max-threads 4

27.設置在向客戶端應答時，是否把較小的包合併爲一個包發送，默認爲開啓
    glueoutputbuf yes

28.指定在超過必定的數量或者最大的元素超過某一臨界值時，採用一種特殊的哈希算法
    hash-max-zip map-entries 64 
    hash-max-zipmap-value 512

29.指定是否激活重置哈希，默認爲開啓（後面在介紹Redis的哈希算法時具體介紹）
    activerehashing yes

30.指定包含其它的配置文件，能夠在同一主機上多個Redis實例之間使用同一份配置文件，而同時各個實例又擁有本身的特定配置文件
    include/path/to/local.conf
複製代碼

Redis中的內存維護策略

redis做爲優秀的中間緩存件，時常會存儲大量的數據，即便採起了集羣部署來動態擴容，也應該即時的整理內存，維持系統性能。在redis中有兩種解決方案

1. 爲數據設置超時時間

expirekeytime(以秒爲單位)--這是最經常使用的方式
setex(Stringkey,intseconds,Stringvalue)--字符串獨有的方式
複製代碼

• 除了字符串本身獨有設置過時時間的方法外，其餘方法都須要依靠expire方法來設置時間
• 若是沒有設置時間，那緩存就是永不過時
• 若是設置了過時時間，以後又想讓緩存永不過時，使用persist key

2. 採用LRU算法動態將不用的數據刪除

內存管理的一種頁面置換算法，對於在內存中但又不用的數據塊（內存塊）叫作LRU，操做系統會根據哪些數據屬於LRU而將其移出內存而騰出空間來加載另外的數據。

1. volatile-lru：設定超時時間的數據中,刪除最不常使用的數據。
2. allkeys-lru：查詢全部的key中最近最不常使用的數據進行刪除，這是應用最普遍的策略。
3. volatile-random：在已經設定了超時的數據中隨機刪除.。
4. allkeys-random：查詢全部的key,以後隨機刪除。
5. volatile-ttl：查詢所有設定超時時間的數據,以後排序,將立刻將要過時的數據進行刪除操做。
6. noeviction：若是設置爲該屬性,則不會進行刪除操做,若是內存溢出則報錯返回。
7. volatile-lfu：從全部配置了過時時間的鍵中驅逐使用頻率最少的鍵。
8. allkeys-lfu：從全部鍵中驅逐使用頻率最少的鍵。

自定義配置Redis

進入對應的安裝目錄 /usr/local/redis修改 redis.conf 配置文件vim redis.conf (進入命令模式經過/內容查找相應字符串）

daemonize no 修改成daemonize yes 守護進程啓動
bind 127.0.0.1 註釋掉 容許除本機外的機器訪問Redis服務
requirepass 設置密碼 設定數據庫密碼(保證服務安全/有些狀況下 不設定密碼是沒法進行遠程鏈接訪問的)
複製代碼

Redis採用的是單進程多線程的模式。當redis.conf中選項daemonize設置成yes時，表明開啓守護進程模式。在該模式下，redis會在後臺運行，並將進程pid號寫入至redis.conf選項pidfile設置的文件中，此時redis將一直運行，除非手動kill該進程。
由於redis速度至關快，因此一臺比較好的服務器下，一個外部用戶在一秒內能夠進行15W次密碼嘗試，這意味着你須要設定很是強大的密碼來防止暴力破解。能夠經過 redis 的配置文件設置密碼參數，這樣客戶端鏈接到 redis 服務就須要密碼驗證，這樣可讓你的redis 服務更安全。

五 Docker 安裝Redis

安裝單機版Redis

一、搜索redis

docker search redis
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二、下載鏡像

docker pull docker.io/redis:5.0.0
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三、建立並運行容器

docker run --rm -d --name redis6379 -p 6379:6379 redis:5.0.0 --requirepass "xiaowangzi"
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四、測試Redis

docker exec -it redis6379 bash    //進入redis命令 
redis-cli -a "xiaowangzi"    //開啓客戶端功能
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到此咱們已經掌握了redis的基本內容，脫離業務的技術都是耍流氓，因此接下來我會以實戰的方式，進行redis 經常使用數據類型和其它高級配置以及訂閱發佈、持久化、緩存等功能實例的講解，不要忘記關注或點贊嗷~