数据库缓存服务—Redis配置与优化

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

一、缓存概念

缓存是为了调节速度不一致的两个或多个不同的物质的速度，在中间对速度较慢的一方起到加速作用，比如CPU的一级、二级缓存是保存了CPU最近经常访问的数据，内存是保存CPU经常访问硬盘的数据，而且硬盘也有大小不一的缓存，甚至是物理服务器的raid 卡有也缓存，都是为了起到加速CPU 访问硬盘数据的目的，因为CPU的速度太快了，CPU需要的数据由于硬盘往往不能在短时间内满足CPU的需求，因此CPU缓存、内存、Raid 卡缓存以及硬盘缓存就在一定程度上满足了CPU的数据需求，即CPU 从缓存读取数据可以大幅提高CPU的工作效率。

1.1 系统缓存

buffer与cache：
buffer： 缓冲也叫写缓冲，一般用于写操作，可以将数据先写入内存再写入磁盘，buffer 一般用于写缓冲，用于解决不同介质的速度不一致的缓冲，先将数据临时写入到里自己最近的地方，以提高写入速度，CPU会把数据先写到内存的磁盘缓冲区，然后就认为数据已经写入完成看，然后由内核在后续的时间在写入磁盘，所以服务器突然断电会丢失内存中的部分数据。

cache： 缓存也叫读缓存，一般用于读操作，CPU读文件从内存读，如果内存没有就先从硬盘读到内存再读到CPU，将需要频繁读取的数据放在里自己最近的缓存区域，下次读取的时候即可快速读取。

1.2 缓存保存位置及分层结构

互联网应用领域，提到缓存为王。

1.2.1 DNS缓存

浏览器的DNS缓存默认为60秒，即60秒之内在访问同一个域名就不在进行DNS解析。

1.2.2 应用层缓存

1.2.3 数据层缓存

分布式缓存服务：
Redis
Memcached
数据库：
MySQL 查询缓存
innodb缓存、MYISAM缓存

1.2.4 硬件缓存

二、关系型数据库与非关系型数据库

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。

2.2 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。

2.3 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
关系型和非关系型数据库的主要差异是数据存储的方式。

（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。

1.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）

2.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）

小贴士：
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
1.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。

2.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。

3.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。

2.4 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。

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。

2.5 总结

关系型数据库:

实例–>数据库–>表(table)–>记录行(row)、数据字段(column)

非关系型数据库:

三、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。

1. 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；
2. 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。

3.1 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 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。

3.2 Redis缺点

3.3 Redis的适用场景

1. 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。
   
2. 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。

3.4 Redis为什么这么快?

3.5 Redis与memcached比较

四、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2核编译安装，指定安装路径为/usr/local/redis make -j2 && 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 ​ ​ #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 

编辑配置文件/etc/redis/6379.conf：


五、Redis命令工具

5.1 redis-cli：Redis 命令行工具

代码如下（示例）：

语法：redis-cli -h host -p port -a password ​ -h：指定远程主机机 -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 ​ #登录本机 redis-cli #远程登录 redis-cli -h 192.168.192.10 -p 6379 [-a 密码] 

5.2 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。

基本的测试语法：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 

示例1：
向IP地址为192.168.72.60、 端口为6379 的Redis 服务器发送100个并发连接与 个请求测试性能。

redis-benchmark -h 192.168.192.10 -p 6379 -c 100 -n  

示例2：
测试存取大小为100字节的数据包的性能。

 redis-benchmark -h 192.168.192.10 -p 6379 -q -d 100 

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  -q 

六、Redis数据库常用命令

6.1 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： 127.0.0.1:6379> set teacher lisi OK 127.0.0.1:6379> get teacher "lisi" 

6.2 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 

6.3 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 

6.4 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 

6.5 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 

6.6 rename 重命名

rename 命令是对已有 key 进行重命名。（覆盖）

1. 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。
2. 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 * 1) "k3" 2) "v5" 3) "counter:__rand_int__" 4) "key:__rand_int__" 5) "v22" 6) "v1" 7) "v33" 8) "mylist" 9) "myset:__rand_int__" 10) "teacher" 11) "k2" 127.0.0.1:6379> rename v33 v30 #将键v33重命名为v30 OK 127.0.0.1:6379> keys * 1) "k3" 2) "v5" 3) "counter:__rand_int__" 4) "key:__rand_int__" 5) "v22" 6) "v1" 7) "mylist" 8) "myset:__rand_int__" 9) "teacher" 10) "v30" 11) "k2" 

6.7 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> keys * 1) "k3" 2) "v5" 3) "counter:__rand_int__" 4) "key:__rand_int__" 5) "v22" 6) "v1" 7) "mylist" 8) "myset:__rand_int__" 9) "teacher" 10) "v30" 11) "k2" 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 v100 #重命名成功。返回1表示成功。 (integer) 1 127.0.0.1:6379> keys * 1) "k3" 2) "v5" 3) "counter:__rand_int__" 4) "key:__rand_int__" 5) "v22" 6) "mylist" 7) "myset:__rand_int__" 8) "v100" 9) "teacher" 10) "v30" 11) "k2" 

6.8 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> 

6.9 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。

127.0.0.1:6379> config set requirepass abc123 #设置密码 OK 192.168.192.10:6379> 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 127.0.0.1:6379> auth abc123 #验证密码 OK 192.168.192.10:6379> config get requirepass #查看密码  1) "requirepass" 2) "abc123" ​ ​ #设置密码后，使用密码登录可以直接操作，不需要二次验证 [root@localhost ~]# redis-cli -h 192.168.192.10 -p 6379 -a abc123 Warning: Using a password with '-a' or '-u' option on the command line interface may not be safe. 192.168.192.10:6379> get teacher "lisi" 

2、清空密码：
使用 config set requirepass 清空密码。

192.168.192.10:6379> config set requirepass '' #清空密码 OK 192.168.192.10:6379> config get requirepass 1) "requirepass" 2) "" #密码已为空 

七、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。

7.1 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]> 

7.2 多数据库间移动数据

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) 

7.3 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，慎用！！！ 

示例：

 192.168.192.10:6379[1]> keys * #数据库1中有3个键 1) "shop" 2) "k1" 3) "k2" 192.168.192.10:6379[1]> flushdb #清空当前数据库的数据 OK 192.168.192.10:6379[1]> keys * #数据库1已无数据 (empty list or set) 192.168.192.10:6379[1]> select 0 #切换到数据库0 OK 192.168.192.10:6379> keys * #数据库0的数据仍然存在 1) "k3" 2) "v5" 3) "counter:__rand_int__" 4) "key:__rand_int__" 5) "v22" 6) "mylist" 7) "myset:__rand_int__" 8) "1" 9) "v100" 10) "teacher" 11) "v30" 12) "k2" 192.168.192.10:6379> 

八、Redis 运维的故障与处理方法

8.1 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。

8.2 Redis故障排查

总结

1.常见的关系型数据库？
oracle、MySQL、SQL Server、Microsoft Access、DB2、PostgreSQL

2.常见的非关系型数据库？
Redis、MongBD、Hbase、Memcached、ElasticSearch（索引数据库）、TSDB（时间序列数据库）

3.什么是Redis？
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的一环。

4.为什么需要Redis？
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。

5.Redis如何性能测试？
使用 redis-benchmark 测试工具。

6.Redis默认数据类型：string
7.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）

8.Redis数据库命令
1）常用名命令
set 、get： 存放、获取数据

del： 删除键

keys： 获取key，可以结合通配符 * 和 ？

exists： 判断key是否存在

type： 查看数据类型

rename和renamenx： 重命名的两种，后者会进行判断，存在则不改

dbsize： 查看当前数据库中key的数目

2）多数据库操作
select 序号 ： 切换库名(16个数据库，数据库名称是用数字0-15)

move 键值 序号： 多数据库间移动数据

FLUSHDB ： 清空当前数据库数据

FLUSHALL ： 清空所有数据库的数据，慎用！