一、关系数据库和非关系型数据库

1.1关系型数据库

1.2非关系型数据库

二、关系型数据库和非关系型数据库区别

2.1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。

（1）关系型数据


(资料图片)

天然就是表格式的，因此存储在数据表的行和列中。数据表可以彼此关联协作存储，也很容易提取数据。

（2）非关系型数据库

与其相反，非关系型数据不适合存储在数据表的行和列中，而是大块组合在一起。非关系型数据通常存储在数据集中，就像文档、键值对或者图结构。数据及其特性是选择数据存储和提取方式的首要影响因素。

2.2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赖支持更多并发量。

（1）SQL数据库

是纵向扩展，扩展CPU等性能磁盘空间空间，也就是提高处理能力，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SOL数据库有很大扩展空间，但最终肯定会达到纵向扩展的上限。

（2）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。

2.3对事务性的支持不同

（1）SQL数据库

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）NoSQL数据库

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。

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略。让关系数据库关注在关系上，非关系型数据库关注在存储上。例如，在读写分离的MySQL数据库环境中，可以把经常访问的数据存储在非关系型数据库中，提升访问速度。

2.5SQL和NoSQL数据的存储过程

（1）关系型数据库

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

（2）非关系型数据库

实例-->数据库-->集合（collection）-->键值对（key-value）、文档、图结构非关系型数据库不需要手动建数据库和集合（表）

三、Redis数据库

3.1Redis数据库的概述

拓展：Redis6.0之前都是单线程，6.0版本之后支持多线程，但一般只针对网络，读写方面还是使用单线程

3.2Redis的特点

Redis作为基于内存运行的数据库，缓存是其最常应用的场景之一。除此之外， Redis常见应用场景还包括获取最新N个数据的操作、排行榜类应用、计数器应用、存储关系、实时分析系统、日志记录（根据不同的数据类型实现不同场景的支持）。

3.3Redis五种数据类型

（1）String数据类型

概述：String是redis最基本的类型，最大能存储512MB的数据，String类型是二进制安全的，即可以存储任何数据、比如数字、图片、序列化对象等

（2）List数据类型

概述：列表的元素类型为string，按照插入顺序排序，在列表的头部或尾部添加元素

（3）Hash数据类型（散列类型）

概述：hash用于存储对象。可以采用这样的命名方式：对象类别和ID构成键名，使用字段表示对象的属性，而字段值则存储属性值。如：存储ID为2的汽车对象。如果Hash中包含很少的字段，那么该类型的数据也将仅占用很少的磁盘空间。每一个Hash可以存储4294967295个键值对。

（4）Set数据类型（无序集合）

概述：无序集合，元素类型为String类型，元素具有唯一性，不允许存在重复的成员。多个集合类型之间可以进行并集、交集和差集运算。应用范围：

（5）Sorted Set数据类型（zset、有序集合）

概述：有序集合，元素类型为Sting，元素具有唯一性，不能重复。每个元素都会关联一个double类型的分数score(表示权重)，可以通过权重的大小排序，元素的score可以相同。

应用范围：

3.4Redis效率快的原因

I/O多路复用程序虽然会同时监听多个 Socket 连接，但是其会将监听的 Socket 都放到一个队列里面，然后通过这个队列有序的，同步的将每个 Socket 对应的事件传送给文件事件分派器，再由文件事件分派器分派给对应的事件处理器进行处理，只有当一个 Socket 所对应的事件被处理完毕之后，I/O多路复用程序才会继续向文件事件分派器传送下一个 Socket所对应的事件，这也可以验证上面的结论，处理客户端的命令请求是单线程的方式逐个处理，但是事件处理器内并不是只有一个线程。

四、Redis 部署以及相关命令

4.1Redis安装部署的操作步骤

（1）关闭防火墙和SElinux

systemctl stop firewalldsetenforce 0

（2）安装gcc gcc-c++ 编译器

yum install -y gcc gcc-c++ make　

（3）将redis-5.0.7.tar.gz压缩包上传到/opt目录中，解压，并编译安装

tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/ cd /opt/redis-5.0.7/makemake 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

（4）执行软件包提供的installserver.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/bin/redis-server]/usr/local/redis/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 Selected config:Port : 6379 #默认侦听端口为6379Config 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

（5）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/ #当install_server.sh 脚本运行完毕，Redis 服务就已经启动，默认侦听端口为6379netstat -natp | grep redis　

（6）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#状态　chmod +x /etc/init.d/redis_6379                                #加入全局系统环境，使用systemctl命令管理 chkconfig --add /etc/init.d/redis_6379     systemctl start redis_6379.service　　

（7）修改配置/etc/redis/6379.conf参数

vim /etc/redis/6379.confbind 127.0.0.1 192.168.10.100#70行，添加监听的主机地址port 6379#93行，Redis默认的监听端口daemonize yes#137行，启用守护进程pidfile /var/run/redis_6379.pid#159行，指定PID文件loglevel notice#167行，日志级别logfile /var/log/redis_6379.log#172行，指定日志文件 /etc/init.d/redis_6379 restart

4.2实例操作：Redis安装部署

1、关闭防火墙和核心防护

2、安装gcc gcc-c++ 编译器

3、将redis包放到opt目录下解压，编译按照

4、执行软件包提供的installserver.sh脚本文件设置Redis服务所需要的相关配置文件

5、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

6、Redis服务控制

7、修改配置/etc/redis/6379.conf参数

4.3Redis命令工具

4.4redis-cli命令行工具（远程登录）

语法: redis-cli -h host -p port -a password选项：    -h :指定远程主机    -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选项若不添加任何选项表示，则使用127.0.0.1:6379 连接本机上的 Redis 数据库， redis-cli -h 192.168.10.100 -p 6379

4.5redis-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。

-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：1=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  #向 IP 地址为 192.168.10.100、端口为 6379 的 Redis 服务器发送 100 个并发连接与 100000 个请求测试性能redis-benchmark -h 192.168.10.100 -p 6379 -c 100 -n 100000 #测试存取大小为 100 字节的数据包的性能redis-benchmark -h 192.168.10.100 -p 6379 -q -d 100 #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 100000 -q

1、向 IP 地址为 192.168.10.100、端口为 6379 的 Redis 服务器发送 100 个并发连接与 100000 个请求测试性能

2、测试存取大小为 100 字节的数据包的性能

3、测试本机上 Redis 服务在进行 set 与 lpush 操作时的性能

4.6Redis数据库常用命令

（1）常用命令

（2）set与get用法

set: 存放数据，命令格式为 set key valueget: 获取数据，命令格式为 get key　

（3）keys 命令

keys 命令可以取符合规则的键值列表，通常情况可以结合*、?等选项来使用。

（4）exists 命令

可以判断键值是否存在

（5）del 命令

可以删除当前数据库的指定key

（6）type 命令

可以获取key对应的 value 值类型

（7）rename 命令

（8)renamenx 命令

（9）dbsize命令作用是查看当前数据库中key的数目。

（10）使用config set requirepass 命令设置密码

（11）使用config get requirepass 命令查看密码

注意：一旦设置密码，必须先验证通过密码，否则所有操作不可用

（12）删除密码

4.7Redis 多数据库常用命令

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 来依次命名的多数据库相互独立，互不干扰

（1）多数据库间切换

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。

（2）多数据库间移动数据

格式: move 键值序号

（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!!! 　

五、Redis 高可用

在web服务器中，高可用是指服务器可以正常访问的时间，衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务(99.9%、99.99%、99.999%等等)。但是在Redis语境中，高可用的含义似乎要宽泛一些，除了保证提供正常服务(如主从分离、快速容灾技术)，还需要考虑数据容量的扩展，数据安全不会丢失等。在Redis中，实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和集群，作用如下：（1）持久化 :持久化是最简单的高可用方法(有时甚至不被归为高可用的手段)，主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘，保证数据不会因进程退出而丢失。（2）主从复制 :主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。缺陷:故障恢复无法自动化;写操作无法负载均衡;存储能力受到单机的限制。（3）哨兵 :在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。缺陷 :写操作无法负载均衡;存储能力受到单机的限制。集群 : 通过集群， Redis解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善 的高可用方案。

六、Redis持久化

6.1持久化的功能

Redis是内存数据库，数据都是存储在内存中，为了避免服务器断电等原因导致Redis进程异常退出后数据的永久丢失，需要定期将Redis中的数据以某种形式( 数据或命令)从内存保存到硬盘;当下次Redis重启时，利用持久化文件实现数据恢复。除此之外，为了进行灾难备份，可以将持久化文件拷贝到一个远程位置（NFS）

6.2Redis提供两种方式持久化

七、RDB持久化

RDB持久化是指在指定的时间间隔内将内存中当前进程中的数据生成快照保存到硬盘(因此也称作快照持久化)，用二进制压缩存储，保存的文件后缀是rdb；当Redis重新启动时，可以读取快照文件恢复数据

7.1触发条件

RDB持久化的触发分为手动触发和自动触发两种

（1）手动触发

往往生产环境 bgsave 依然不允许轻易使用

（2）自动触发

vim /etc/redis/6379.conf--219行--以下三个save条件满足任意一个时，都会引起bgsave的调用save 900 1 :当时间到900秒时，如果redis数据发生了至少1次变化，则执行bgsavesave 300 10 :当时间到300秒时， 如果redis数据发生了至少10次变化，则执行bgsavesave 60 10000 :当时间到60秒时，如果redis数据发生了至少10000次变化， 则执行bgsave--242行--是否开启RDB文件压缩rdbcompression yes--254行--指定RDB文件名dbfilename dump.rdb--264行--指定RDB文件和AOF文件所在目录dir /var/lib/redis/6379

（3）其他自动触发机制

除了 save m n 以外，还有一些其他情况会触发bgsave:

执行流程：

启动时加载：

八、AOF持久化

8.1开启AOF

Redis服务器默认开启RDB，关闭AOF: 要开启AOF，需要在配置文件中配置:

vim /etc/redis/6379.conf- 700行--修改， 开启AOFappendonly yes--704行--指定A0F文件名称appendfilename "appendonly.aof"--796行--是否忽略最后一条可能存在问题的指令aof-load-truncated yes /etc/init.d/redis_6379 restart

8.2执行流程

由于需要记录Redis的每条写命令，因此A0F不需要触发，AOF的执行流程如下：

（1）AOF的执行流程包括

• 命令追加(append): 将Redis的写命令追加到缓冲区aof_ buf;• 文件写入(write)和文件同步(sync):根据不同的同步策略将aof_buf中的内容同步到硬盘;• 文件重写(rewrite): 定期重写AOF文件，达到压缩的目的。① 命令追加 (append)Redis先将写命令追加到缓冲区，而不是直接写入文件，主要是为了避免每次有写命令都直接写入硬盘，导致硬盘IO成为Redis负载的瓶颈。命令追加的格式是Redis命令请求的协议格式，它是一种纯文本格式，具有兼容性好、可读性强、容易处理、操作简单避免二次开销等优点。在A0F文件中，除了用于指定数据库的select命令 (如select0为选中0号数据库) 是由Redis添加的，其他都是客户端发送来的写命令② 文件写入(write) 和文件同步 (sync)Redis 提供了多种AOF缓存区的同步文件策略，策略涉及到操作系统的write函数和fsync函数，说明如下:为了提高文件写入效率，在现代操作系统中，当用户调用write函数将数据写入文件时，操作系统通常会将数据暂存到一个内存缓冲区里，当缓冲区被填满或超过了指定时限后，才真正将缓冲区的数据写入到硬盘里。这样的操作虽然提高了效率，但也带来了安全问题:如果计算机停机，内存缓冲区中的数据会丢失;因此系统同时提供了fsync、fdatasync等同步函数，可以强制操作系统立刻将缓冲区中的数据写入到硬盘里，从而确保数据的安全性AOF缓存区的同步文件策略存在三种同步方式，它们分别是：

vim ``/etc/redis/6379``.conf``---729---``● appendfsync always:``命令写入aof_buf后立即调用系统fsync操作同步到AOF文件，fsync完成后线程返回。这种情况下，每次有写命令都要同步到AOF文件，硬盘IO成为性能瓶颈，Redis只能支持大约几百TPS写入，严重降低了Redis的性能；即便是使用固态硬盘(SSD)，每秒大约也只能处理几万个命令，而且会大大降低SSD的寿命。● appendfsync no:``命令写入aof_buf后调用系统write操作，不对AOF文件做fsync同步;同步由操作系统负责，通常同步周期为30秒。这种情况下，文件同步的时间不可控，且缓冲区中堆积的数据会很多，数据安全性无法保证。● appendfsynceverysec:``命令写入aof_buf后调用系统write操作，write完成后线程返回; fsync同步文件操作由专门的线程每秒调用一次。everysec是前述两种策略的折中，是性能和数据安全性的平衡，因此是Redis的默认配置，也是我们推荐的配置。

③ 文件重写 (rewrite)• 随着时间流逝，Redis服务器执行的写命令越来越多，AOF文件也会越来越大：过大的AOF文件不仅会影响服务器的正常运行，也会导致数据恢复需要的时间过长。• 文件重写是指定期重写AOF文件，减小AOF文件的体积。需要注意的是，AOF重写是把Redis进程内的数据转化为写命令，同步到新的AOF文件；不会对旧的AOF文件进行任何读取、写入操作!• 关于文件重写需要注意的另一点是：对于AOF持久化来说，文件重写虽然是强烈推荐的，但并不是必须的；即使没有文件重写，数据也可以被持久化并在Redis启动的时候导入：因此在一些实现中，会关闭自动的文件重写，然后通过定时任务在每天的某一时刻定时执行文件重写之所以能够压缩AOF文件，原因在于：• 过期的数据不再写入文件• 无效的命令不再写入文件：如有些数据被重复设值(set mykey v1, set mykey v2)、有些数据被删除了(sadd myset v1, del myset) 等。• 多条命令可以合并为一个：如sadd myset v1, sadd myset v2， sadd myset v3可以合并为sadd myset v1 v2 v3。通过上述内容可以看出，由于重写后AOF执行的命令减少了，文件重写既可以减少文件占用的空间，也可以加快恢复速度• 手动触发：直接调用bgrewriteaof命令，该命令的执行与bgsave有些类似：都是fork子进程进行具体的工作，且都只有在fork时阻塞• 自动触发：通过设置auto-aof - rewrite-min-size选项和auto- aof - rewrite- percentage选项来自动执行BGREWRITEAOF只有当auto-aof- rewrite- -min-size和auto-aof -rewrite-percentage两个选项同时满足时，才会自动触发AOF重写，即bgrewriteaof操作

vim /etc/redis/ 6379. conf----729----● auto-aof- rewrite-percentage 100：当前AOF文件大小(即aof_current_size)是上次日志重写时AOF文件大小(aof_base_size)两倍时，发生BGREWRITEAOF操作● auto-aof - rewrite-min-size 64mb：当前A0F文件执行BGREWRITEAOF命令的最小值，避免刚开始启动Reids时由于文件尺寸较小导致频繁的BGREWRITEAOF

关于文件重写的流程，有两点需要特别注意：♢ 重写由父进程fork子进程进行;♢ 重写期间Redis执行的写命令，需要追加到新的AOF文件中，为此Redis引入了aof_ rewrite_buf缓存

文件重写的流程如下：(1) Redis父进程首先判断当前是否存在正在执行bgsave/bgrewriteaof的子进程，如果存在则bgrewriteaof命令直接返回，如果存在bgsave命令则等bgsave执行完成后再执行(2) 父进程执行fork操作创建子进程，这个过程中父进程是阻塞的(3.1) 父进程fork后，bgrewriteaof 命令返回"Background append only file rewrite started" 信息并不再阻塞父进程，并可以响应其他命令。Redis的所有写命令依然写入AOF缓冲区，并根据appendfsync策略同步到硬盘，保证原有A0F机制的正确(3.2) 由于fork操作使用写时复制技术，子进程只能共享fork操作时的内存数据。由于父进程依然在响应命令，因此Redis使用AOF重写缓冲区(aof_ rewrite_buf) 保存这部分数据，防止新AOF文件生成期间丢失这部分数据。也就是说，bgrewriteaof执行 期间，Redis的写 命令同时追加到aof_ buf和aof_ rewirte_ buf两个缓冲区(4) 子进程根据内存快照，按照命令合并规则写入到新的AOF文件(5.1) 子进程写完新的AOF文件后，向父进程发信号，父进程更新统计信息，具体可以通过info persistence查看(5.2) 父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件，这样就保证了新AOF文件所保存的数据库状态和服务器当前状态一致(5.3) 使用新的AOF文件替换老文件，完成AOF重写

8.3启动时加载

九、RDB和AOF的优缺点

9.1RDB持久化

优点：

缺点：

9.2AOF持久化

十、Redis性能管理

10.1查看Redis内存使用

127.0.0.1:6379> info memory

10.2内存碎片率

操作系统分配的内存值used_ memory_ rss除以Redis使用的内存值used_ memory计算得出内存碎片是由操作系统低效的分配/回收物理内存导致的 (不连续的物理内存分配)

跟踪内存碎片率对理解Redis实例的资源性能是非常重要的:

10.3内存使用率

redis实例的内存使用率超过可用最大内存，操作系统将开始进行内存与swap空间交换

避免内存交换发生的方法：

10.4内回收key

配置文件中修改maxmemory- policy属性值：

vim /etc/redis/6379.conf--598--maxmemory-policy noenviction●volatile-lru :使用LRU算法从已设置过期时间的数据集合中淘汰数据●volatile-ttl :从已设置过期时间的数据集合中挑选即将过期的数据淘汰●volatile-random :从已设置过期时间的数据集合中随机挑选数据淘汰●allkeys-lru :使用LRU算法从所有数据集合中淘汰数据●allkeys-random :从数据集合中任意选择数据淘汰●noenviction :禁止淘汰数据

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