Redis 基础应用

Redis 基础应用(一）

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概述：

• Redis的相关介绍，功能，优势及于其他key-value数据库的对比；

• Redis的安装及程序环境；

• 命令行客户端命令

• Redis 的数据结构
  

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Redis简介

 1.简介

★Redis

• 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。

☉REmote DIctionary Server(Redis)

• 内存存储；

• 持久化；

• 主从；

• Cluster
  

☉Redis 与其他 key - value 缓存产品有以下三个特点：

• Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。

• Redis不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储。

• Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。 

 2.功能

★支持的功能如下：

☉数据结构服务器：

• 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。
  

☉单进程

• CPU 并非瓶颈
  

☉持久化机制

• snapshoting

• AOF
  

☉Replication

 主从：

• 主：rw

• 从：read-only
  

 3.优势

★优势

• 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。

 4.Redis与其他key-value存储有什么不同

★区别：

• Redis有着更为复杂的数据结构并且提供对他们的原子性操作，这是一个不同于其他数据库的进化路径。Redis的数据类型都是基于基本数据结构的同时对程序员透明，无需进行额外的抽象。

• Redis运行在内存中但是可以持久化到磁盘，所以在对不同数据集进行高速读写时需要权衡内存，因为数据量不能大于硬件内存。在内存数据库方面的另一个优点是，相比在磁盘上相同的复杂的数据结构，在内存中操作起来非常简单，这样Redis可以做很多内部复杂性很强的事情。同时，在磁盘格式方面他们是紧凑的以追加的方式产生的，因为他们并不需要进行随机访问。

★和memcached的区别

• Redis不仅仅支持简单的k/v类型的数据，同时还提供list，set，hash等数据结构的存储。memcache仅支持字符串型值（流式化数据）

• Redis为单线程，Memcached为多线程，但性能上相当；

• Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。

• Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保持在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。(在Redis中，并不是所有的数据都一直存储在内存中的。这是和Memcached相比一个最大的区别)

• 应用场景不一样：Redis出来作为NoSQL数据库使用外，还能用做消息队列、数据堆栈和数据缓存等；Memcached适合于缓存SQL语句、数据集、用户临时性数据、延迟查询数据和session等。

★redis、memcache、mongoDB 对比
从以下几个维度，对redis、memcache、mongoDB 做了对比，欢迎拍砖
☉性能

• 都比较高，性能对我们来说应该都不是瓶颈

• 总体来讲，TPS方面redis和memcache差不多，要大于mongodb

☉操作的便利性

• memcache数据结构单一

• redis丰富一些，数据操作方面，redis更好一些，较少的网络IO次数

• mongodb支持丰富的数据表达，索引，最类似关系型数据库，支持的查询语言非常丰富

☉内存空间的大小和数据量的大小

• redis在2.0版本后增加了自己的VM特性，突破物理内存的限制；可以对key value设置过期时间（类似memcache）

• memcache可以修改最大可用内存,采用LRU算法

• mongoDB适合大数据量的存储，依赖操作系统VM做内存管理，吃内存也比较厉害，服务不要和别的服务在一起

☉可用性（单点问题）
对于单点问题

• redis，依赖客户端来实现分布式读写；主从复制时，每次从节点重新连接主节点都要依赖整个快照,无增量复制，因性能和效率问题，
  所以单点问题比较复杂；不支持自动sharding,需要依赖程序设定一致hash 机制。
  一种替代方案是，不用redis本身的复制机制，采用自己做主动复制（多份存储），或者改成增量复制的方式（需要自己实现），一致性问题和性能的权衡

• Memcache本身没有数据冗余机制，也没必要；对于故障预防，采用依赖成熟的hash或者环状的算法，解决单点故障引起的抖动问题。

• mongoDB支持master-slave,replicaset（内部采用paxos选举算法，自动故障恢复）,auto sharding机制，对客户端屏蔽了故障转移和切分机制。

☉可靠性（持久化）
对于数据持久化和数据恢复，

• redis支持（快照、AOF）：依赖快照进行持久化，aof增强了可靠性的同时，对性能有所影响

• memcache不支持，通常用在做缓存,提升性能；

• MongoDB从1.8版本开始采用binlog方式支持持久化的可靠性

☉数据一致性（事务支持）

• Memcache 在并发场景下，用cas保证一致性

• redis事务支持比较弱，只能保证事务中的每个操作连续执行

• mongoDB不支持事务

☉数据分析

• mongoDB内置了数据分析的功能(mapreduce),其他不支持

☉应用场景

• redis：数据量较小的更性能操作和运算上

• memcache：用于在动态系统中减少数据库负载，提升性能;做缓存，提高性能（适合读多写少，对于数据量比较大，可以采用sharding）

• MongoDB:主要解决海量数据的访问效率问题

Redis安装及数据结构

 1.安装及程序环境

★安装方法：

• 编译安装

• rpm包安装

★程序环境

☉配置文件

• /etc/redis.conf

• /etc/redis-sentinel.conf
  

☉主程序

• /usr/bin/redis-server

• /usr/bin/redis-sentinel

• 监听端口：6379/tcp
  

☉命令行客户端

• /usr/bin/redis-cli

演示：

1.安装程序包

# 配置好epel仓库
[root@centos7 ~]# yum install redis

2.程序环境如下：

[root@centos7 ~]# rpm -ql redis
/etc/logrotate.d/redis
/etc/redis-sentinel.conf
/etc/redis.conf
/etc/systemd/system/redis-sentinel.service.d
/etc/systemd/system/redis-sentinel.service.d/limit.conf
/etc/systemd/system/redis.service.d
/etc/systemd/system/redis.service.d/limit.conf
/usr/bin/redis-benchmark
/usr/bin/redis-check-aof
/usr/bin/redis-check-rdb
/usr/bin/redis-cli
/usr/bin/redis-sentinel
/usr/bin/redis-server
/usr/bin/redis-shutdown
/usr/lib/systemd/system/redis-sentinel.service
/usr/lib/systemd/system/redis.service
/usr/lib/tmpfiles.d/redis.conf
/usr/share/doc/redis-3.2.3
/usr/share/doc/redis-3.2.3/00-RELEASENOTES
/usr/share/doc/redis-3.2.3/BUGS
/usr/share/doc/redis-3.2.3/CONTRIBUTING
/usr/share/doc/redis-3.2.3/MANIFESTO
/usr/share/doc/redis-3.2.3/README.md
/usr/share/licenses/redis-3.2.3
/usr/share/licenses/redis-3.2.3/COPYING
/var/lib/redis
/var/log/redis
/var/run/redis

3.配置文件/etc/redis.conf 如下：

# 备份
[root@centos7 ~]# cp /etc/redis.conf{,.bak}
 
[root@centos7 ~]# grep "^##" /etc/redis.conf
################################## INCLUDES ###################################
################################## NETWORK #####################################
################################# GENERAL #####################################
################################ SNAPSHOTTING  ################################
################################# REPLICATION #################################
################################## SECURITY ###################################
################################### LIMITS ####################################
############################## APPEND ONLY MODE ###############################
################################ LUA SCRIPTING  ###############################
################################ REDIS CLUSTER  ###############################
################################## SLOW LOG ###################################
################################ LATENCY MONITOR ##############################
############################# EVENT NOTIFICATION ##############################
############################### ADVANCED CONFIG ###############################

[root@centos7 ~]# vim /etc/redis.conf
 bind 0.0.0.0  # 修改绑定的端口
 
# 启动 redis，查看坚挺的端口 6379
[root@centos7 ~]# systemctl start redis
[root@centos7 ~]# ss -tnlp |grep "redis"
LISTEN     0      128          *:6379                     *:*                   users:(("redis-server",pid=3840,fd=4))

 3.命令行客户端命令

★redis-cli

☉语法：

• redis-cli [OPTIONS] [cmd [arg [arg ...]]]

☉常用选项：

• -h <hostname>      Server hostname (default: 127.0.0.1).   //主机地址

• -p <port>          Server port (default: 6379).                        //端口

• -a <password>      Password to use when connecting to the server.    //密码

演示：

1.本地连接，直接运行 redis-cli 命令即可

[root@centos7 ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> ping
PONG

2.远程连接，指明要连接的主机，端口和密码即可

[root@centos7 ~]# redis-cli -h 192.168.1.112
192.168.1.112:6379> ping
PONG

192.168.1.112:6379> help  # 获取帮助
redis-cli 3.2.3
To get help about Redis commands type:
      "help @<group>" to get a list of commands in <group>
      "help <command>" for help on <command>
      "help <tab>" to get a list of possible help topics
      "quit" to exit

To set redis-cli perferences:
      ":set hints" enable online hints
      ":set nohints" disable online hints
Set your preferences in ~/.redisclirc

Redis：k/v

 1.k/v 和 group

★k/v

• key：直接ASCII字符串；

• value（数据结构）：string，lists，hashes，set，sored sets，bltmaps，hyperloglog

★group

• @string，@generic，@list  @...
  

 2.string（字符串）

★作用：

• Redis 字符串数据类型的相关命令用于管理 redis 字符串值；

☉基本语法：

• 127.0.0.1:6379>COMMAND  KEY_NAME

演示：

192.168.1.112:6379> SET count 1
OK
192.168.1.112:6379> GET count
"1"
192.168.1.112:6379> INCR count
(integer) 2
192.168.1.112:6379> INCR count
(integer) 3
192.168.1.112:6379> INCR count
(integer) 4
192.168.1.112:6379> INCR count
(integer) 5
192.168.1.112:6379> DECR count
(integer) 4
192.168.1.112:6379> DECR count
(integer) 3
192.168.1.112:6379> DECR count
(integer) 2
192.168.1.112:6379> DECR count
(integer) 1

下表列出了常用的 redis 字符串命令：

 3.list（列表）

★作用

• Redis列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素导列表的头部（左边）或者尾部（右边）

• 一个列表最多可以包含 2³² - 1 个元素 (4294967295, 每个列表超过40亿个元素)。

演示：

192.168.1.112:6379> RPUSH mylist "mon"
(integer) 1
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 0
"mon"
192.168.1.112:6379> RPUSH mylist "tun"
(integer) 2
192.168.1.112:6379> LPUSH mylist "sun"
(integer) 3
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 0
"sun"
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 0
"sun"
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 1
"mon"
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 2
"tun"
192.168.1.112:6379> RPOP mylist
"tun"
192.168.1.112:6379> LLEN mylist
(integer) 2

下表列出了列表相关的基本命令：

 4.set（集合）

★作用：

• Redis的Set是string类型的无序集合。集合成员是唯一的，这就意味着集合中不能出现重复的数据。

• Redis 中 集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。

• 集合中最大的成员数为 2^{32 - 1} (4294967295, 每个集合可存储40多亿个成员)。

演示：

192.168.1.112:6379> SADD s1 'a' 'b' 'c'
(integer) 3
192.168.1.112:6379> SMEMBERS s1
1) "c"
2) "b"
3) "a"
192.168.1.112:6379> SISMEMBER s1 'a'
(integer) 1
192.168.1.112:6379> SISMEMBER s1 'c'
(integer) 1
192.168.1.112:6379> SISMEMBER s1 'd'
(integer) 0
192.168.1.112:6379> SADD s2 'a' 'c' 'd' 'f'
(integer) 4
192.168.1.112:6379> SINTER s1 s2
1) "c"
2) "a"
192.168.1.112:6379> SUNION s1 s2
1) "f"
2) "a"
3) "b"
4) "d"
5) "c"

下表列出了 Redis 集合基本命令：

 5.hash（哈希）

★作用：

• Redis hash 是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象。

• Redis 中每个 hash 可以存储 2³² - 1 键值对（40多亿）。

演示：

192.168.1.112:6379> HSET h2 name taotao
(integer) 1
192.168.1.112:6379> HSET h2 age 25
(integer) 1
192.168.1.112:6379> HGETALL h2
1) "name"
2) "taotao"
3) "age"
4) "25"
192.168.1.112:6379> HKEYS h2
1) "name"
2) "age"
192.168.1.112:6379> HVALS h2
1) "taotao"
2) "25"
192.168.1.112:6379> HGET h2 name
"taotao"
192.168.1.112:6379> HGET h2 age
"25"

下表列出了 redis hash 基本的相关命令：

 6.sorted set（有序集合）

★作用：

• Redis 有序集合和集合一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员。

• 不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。

• 有序集合的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。

• 集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。 集合中最大的成员数为 2^{32 - 1} (4294967295, 每个集合可存储40多亿个成员)。

下表列出了 redis 有序集合的基本命令: