學會這15點，讓你分分鐘拿下Redis數據庫
作者：佚名
Redis 是一個開源的使用 ANSI C 語言編寫、遵守 BSD 協議、支持網絡、可基于內存亦可持久化的日志型、Key-Value 數據庫，并提供多種語言的 API。
REmote DIctionary Server(Redis) 是一個由 Salvatore Sanfilippo 寫的 Key-Value 存儲系統。
Redis 簡介
Redis 是一個開源的使用 ANSI C 語言編寫、遵守 BSD 協議、支持網絡、可基于內存亦可持久化的日志型、Key-Value 數據庫，并提供多種語言的 API。
它通常被稱為數據結構服務器，因為值（value）可以是字符串(String)，哈希(Map)，列表(list)，集合(sets) 和有序集合(sorted sets)等類型。
大家都知道 Redis 是基于 Key-Value 的 NoSQL 數據庫，因此，先來了解一下關于 Key 相關的知識點：
- 任何二進制的序列都可以作為 key 使用
- Redis 有統一的規則來設計 key
- 對 Key-Value 允許的最大長度是 512MB
支持的語言
- ActionScript Bash C C# C++ Clojure Common Lisp
- Crystal D Dart Elixir emacs lisp Erlang
- Fancy gawk GNU Prolog Go Haskell Haxe Io Java Javascript
- Julia Lua Matlab mruby Nim Node.js Objective-C
- OCaml Pascal Perl PHP Pure Data Python R Racket
- Rebol Ruby Rust Scala Scheme Smalltalk Swift Tcl VB VCL
Redis 的應用場景到底有哪些？
- 最常用的就是會話緩存
- 消息隊列，比如支付
- 活動排行榜或計數
- 發布、訂閱消息(消息通知)
- 商品列表、評論列表等
Redis 安裝
關于 Redis 安裝與相關的知識點介紹請參考：Nosql數據庫服務之redis
安裝的大概步驟如下：
Redis 是 C 語言開發的，安裝 Redis 需要 C 語言的編譯環境，如果沒有 gcc 需要在線安裝：yum install gcc-c++
- 第一步，獲取源碼包：wget http://download.redis.io/releases/redis-3.0.0.tar.gz
- 第二步，解壓縮 Redis：tar zxvf redis-3.0.0.tar.gz
- 第三步，編譯。進入redis源碼目錄(cd redis-3.0.0)。執行 make
- 第四步，安裝。make install PREFIX=/usr/local/redis
#PREFIX 參數指定 Redis 的安裝目錄
Redis 數據類型
Redis 一共支持五種數據類型：
- string(字符串)
- hash(哈希)
- list(列表)
- set(集合)
- zset（sorted set 有序集合）
String(字符串)：它是 Redis 最基本的數據類型，一個 Key 對應一個 Value，需要注意是一個鍵值最大存儲 512MB。
- 127.0.0.1:6379> set key "hello world"
- OK
- 127.0.0.1:6379> get key
- "hello world"
- 127.0.0.1:6379> getset key "nihao"
- "hello world"
- 127.0.0.1:6379> mset key1 "hi" key2 "nihao" key3 "hello"
- OK
- 127.0.0.1:6379> get key1
- "hi"
- 127.0.0.1:6379> get key2
- "nihao"
- 127.0.0.1:6379> get key3
- "hello"
相關命令介紹：
- set 為一個 Key 設置 Value（值）
- get 獲得某個 Key 對應的 Value（值）
- getset 為一個 Key 設置 Value（值）并返回對應的值
- mset 為多個 Key 設置 Value（值）
Hash(哈希)：Redis Hash是一個鍵值對的集合， 是一個 String 類型的 Field 和 Value 的映射表，適合用于存儲對象。
- 127.0.0.1:6379> hset redishash 1 "001"
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> hget redishash 1
- "001"
- 127.0.0.1:6379> hmset redishash 1 "001" 2 "002"
- OK
- 127.0.0.1:6379> hget redishash 1
- "001"
- 127.0.0.1:6379> hget redishash 2
- "002"
- 127.0.0.1:6379> hmget redishash 1 2
- 1) "001"
- 2) "002"
相關命令介紹：
- hset 將 Key 對應的 Hash 中的 Field 配置為 Value，如果 Hash 不存則自動創建
- hget 獲得某個 Hash 中的 Field 配置的值
- hmset 批量配置同一個 Hash 中的多個 Field 值
- hmget 批量獲得同一個 Hash 中的多個 Field 值
List(列表)：是 Redis 簡單的字符串列表，它按插入順序排序。
- 127.0.0.1:6379> lpush word hi
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> lpush word hello
- (integer) 2
- 127.0.0.1:6379> rpush word world
- (integer) 3
- 127.0.0.1:6379> lrange word 0 2
- 1) "hello"
- 2) "hi"
- 3) "world"
- 127.0.0.1:6379> llen word
- (integer) 3
相關命令介紹：
- lpush 向指定的列表左側插入元素，返回插入后列表的長度
- rpush 向指定的列表右側插入元素，返回插入后列表的長度
- llen 返回指定列表的長度
- lrange 返回指定列表中指定范圍的元素值
Set(集合)：是 String 類型的無序集合，也不可重復。
- 127.0.0.1:6379> sadd redis redisset
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> sadd redis redisset1
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> sadd redis redisset2
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> smembers redis
- 1) "redisset1"
- 2) "redisset"
- 3) "redisset2"
- 127.0.0.1:6379> sadd redis redisset2
- (integer) 0
- 127.0.0.1:6379> smembers redis
- 1) "redisset1"
- 2) "redisset"
- 3) "redisset2"
- 127.0.0.1:6379> smembers redis
- 1) "redisset1"
- 2) "redisset3"
- 3) "redisset"
- 4) "redisset2"
- 127.0.0.1:6379> srem redis redisset
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> smembers redis
- 1) "redisset1"
- 2) "redisset3"
- 3) "redisset2"
相關命令介紹：
- sadd 添加一個 String 元素到 Key 對應的 set 集合中，成功返回 1，如果元素存在返回 0
- smembers 返回指定的集合中所有的元素
- srem 刪除指定集合的某個元素
Zset（sorted set 有序集合）：是 String 類型的有序集合，也不可重復。
sorted set 中的每個元素都需要指定一個分數，根據分數對元素進行升序排序，如果多個元素有相同的分數，則以字典序進行升序排序，sorted set 因此非常適合實現排名。
- 127.0.0.1:6379> zadd nosql 0 001
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> zadd nosql 0 002
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> zadd nosql 0 003
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> zcount nosql 0 0
- (integer) 3
- 127.0.0.1:6379> zcount nosql 0 3
- (integer) 3
- 127.0.0.1:6379> zrem nosql 002
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> zcount nosql 0 3
- (integer) 2
- 127.0.0.1:6379> zscore nosql 003
- "0"
- 127.0.0.1:6379> zrangebyscore nosql 0 10
- 1) "001"
- 2) "003"
- 127.0.0.1:6379> zadd nosql 1 003
- (integer) 0
- 127.0.0.1:6379> zadd nosql 1 004
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> zrangebyscore nosql 0 10
- 1) "001"
- 2) "003"
- 3) "004"
- 127.0.0.1:6379> zadd nosql 3 005
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> zadd nosql 2 006
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> zrangebyscore nosql 0 10
- 1) "001"
- 2) "003"
- 3) "004"
- 4) "006"
- 5) "005"
相關命令介紹：
- zadd 向指定的 sorteset 中添加 1 個或多個元素
- zrem 從指定的 sorteset 中刪除 1 個或多個元素
- zcount 查看指定的 sorteset 中指定分數范圍內的元素數量
- zscore 查看指定的 sorteset 中指定分數的元素
- zrangebyscore 查看指定的 sorteset 中指定分數范圍內的所有元素
鍵值相關的命令
- 127.0.0.1:6379> exists key
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> exists key1
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> exists key100
- (integer) 0
- 127.0.0.1:6379> get key
- "nihao,hello"
- 127.0.0.1:6379> get key1
- "hi"
- 127.0.0.1:6379> del key1
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> get key1
- (nil)
- 127.0.0.1:6379> rename key key0
- OK
- 127.0.0.1:6379> get key
- (nil)
- 127.0.0.1:6379> get key0
- "nihao,hello"
- 127.0.0.1:6379> type key0
- string
- exists：#確認 Key 是否存在
- del：#刪除 Key
- expire：#設置 Key 過期時間(單位秒)
- persist：#移除 Key 過期時間的配置
- rename：#重命名 Key
- type：#返回值的類型
Redis 服務相關的命令
- 127.0.0.1:6379> select 0
- OK
- 127.0.0.1:6379> info
- # Server
- redis_version:3.0.6
- redis_git_sha1:00000000
- redis_git_dirty:0
- redis_build_id:347e3eeef5029f3
- redis_mode:standalone
- os:Linux 3.10.0-693.el7.x86_64 x86_64
- arch_bits:64
- multiplexing_api:epoll
- gcc_version:4.8.5
- process_id:31197
- run_id:8b6ec6ad5035f5df0b94454e199511084ac6fb12
- tcp_port:6379
- uptime_in_seconds:8514
- uptime_in_days:0
- hz:10
- lru_clock:14015928
- config_file:/usr/local/redis/redis.conf
- -------------------省略N行
- 127.0.0.1:6379> CONFIG GET 0
- (empty list or set)
- 127.0.0.1:6379> CONFIG GET 15
- (empty list or set)
- slect：#選擇數據庫(數據庫編號 0-15)
- quit：#退出連接
- info：#獲得服務的信息與統計
- monitor：#實時監控
- config get：#獲得服務配置
- flushdb：#刪除當前選擇的數據庫中的 Key
- flushall：#刪除所有數據庫中的 Key
Redis 的發布與訂閱
Redis 發布與訂閱(pub/sub)是它的一種消息通信模式，一方發送信息，一方接收信息。
下圖是三個客戶端同時訂閱同一個頻道：
下圖是有新信息發送給頻道 1 時，就會將消息發送給訂閱它的三個客戶端：
Redis 事務
Redis 事務可以一次執行多條命令：
- 發送 exec 命令前放入隊列緩存，結束事務
- 收到 exec 命令后執行事務操作，如果某一命令執行失敗，其它命令仍可繼續執行
- 一個事務執行的過程中，其它客戶端提交的請求不會被插入到事務執行的命令列表中
一個事務經歷三個階段：
- 開始事務(命令：multi)
- 命令執行
- 結束事務(命令：exec)
- 127.0.0.1:6379> MULTI
- OK
- 127.0.0.1:6379> set key key1
- QUEUED
- 127.0.0.1:6379> get key
- QUEUED
- 127.0.0.1:6379> rename key key001
- QUEUED
- 127.0.0.1:6379> exec
- 1) OK
- 2) "key1"
- 3) OK
Redis 安全配置
可以通過修改配置文件設備密碼參數來提高安全性：#requirepass foobared。
去掉注釋#號就可以配置密碼，沒有配置密碼的情況下查詢如下：
- 127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass
- 1) "requirepass"
- 2) ""
配置密碼之后，就需要進行認證：
- 127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass
- (error) NOAUTH Authentication required.
- 127.0.0.1:6379> AUTH foobared #認證
- OK
- 127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass
- 1) "requirepass"
- 2) "foobared"
Redis 持久化
Redis 持久有兩種方式：
- Snapshotting(快照)
- Append-only file(AOF)
Snapshotting(快照)：
- 將存儲在內存的數據以快照的方式寫入二進制文件中，如默認 dump.rdb中。
- save 900 1，#900 秒內如果超過 1 個 Key 被修改，則啟動快照保存。
- save 300 10，#300 秒內如果超過 10 個 Key 被修改，則啟動快照保存。
- save 60 10000，#60 秒內如果超過 10000 個 Key 被修改，則啟動快照保存。
Append-only file(AOF)：
- 使用 AOF 持久時，服務會將每個收到的寫命令通過 write 函數追加到文件中（appendonly.aof）
- AOF 持久化存儲方式參數說明：
appendonly yes，#開啟 AOF 持久化存儲方式
appendfsync always，#收到寫命令后就立即寫入磁盤，效率最差，效果最好
appendfsync everysec，#每秒寫入磁盤一次，效率與效果居中
appendfsync no，#完全依賴 OS，效率最佳，效果沒法保證
Redis 性能測試
自帶相關測試工具：
- [root@test ~]# redis-benchmark --help
- Usage: redis-benchmark [-h <host>] [-p <port>] [-c <clients>] [-n <requests]> [-k <boolean>]
- -h <hostname> Server hostname (default 127.0.0.1)
- -p <port> Server port (default 6379)
- -s <socket> Server socket (overrides host and port)
- -a <password> Password for Redis Auth
- -c <clients> Number of parallel connections (default 50)
- -n <requests> Total number of requests (default 100000)
- -d <size> Data size of SET/GET value in bytes (default 2)
- -dbnum <db> SELECT the specified db number (default 0)
- -k <boolean> 1=keep alive 0=reconnect (default 1)
- -r <keyspacelen> Use random keys for SET/GET/INCR, random values for SADD
- Using this option the benchmark will expand the string __rand_int__
- inside an argument with a 12 digits number in the specified range
- from 0 to keyspacelen-1. The substitution changes every time a command
- is executed. Default tests use this to hit random keys in the
- specified range.
- -P <numreq> Pipeline <numreq> requests. Default 1 (no pipeline).
- -q Quiet. Just show query/sec values
- --csv Output in CSV format
- -l Loop. Run the tests forever
- -t <tests> Only run the comma separated list of tests. The test
- names are the same as the ones produced as output.
- -I Idle mode. Just open N idle connections and wait.
- Examples:
- Run the benchmark with the default configuration against 127.0.0.1:6379:
- $ redis-benchmark
- Use 20 parallel clients, for a total of 100k requests, against 192.168.1.1:
- $ redis-benchmark -h 192.168.1.1 -p 6379 -n 100000 -c 20
- Fill 127.0.0.1:6379 with about 1 million keys only using the SET test:
- $ redis-benchmark -t set -n 1000000 -r 100000000
- Benchmark 127.0.0.1:6379 for a few commands producing CSV output:
- $ redis-benchmark -t ping,set,get -n 100000 --csv
- Benchmark a specific command line:
- $ redis-benchmark -r 10000 -n 10000 eval 'return redis.call("ping")' 0
- Fill a list with 10000 random elements:
- $ redis-benchmark -r 10000 -n 10000 lpush mylist __rand_int__
- On user specified command lines __rand_int__ is replaced with a random integer
- with a range of values selected by the -r option.
實際測試同時執行 100 萬的請求：
- [root@test ~]# redis-benchmark -n 1000000 -q
- PING_INLINE: 152578.58 requests per second
- PING_BULK: 150308.14 requests per second
- SET: 143266.47 requests per second
- GET: 148632.58 requests per second
- INCR: 145857.64 requests per second
- LPUSH: 143781.45 requests per second
- LPOP: 147819.66 requests per second
- SADD: 138350.86 requests per second
- SPOP: 134282.27 requests per second
- LPUSH (needed to benchmark LRANGE): 141302.81 requests per second
- LRANGE_100 (first 100 elements): 146756.67 requests per second
- LRANGE_300 (first 300 elements): 148104.27 requests per second
- LRANGE_500 (first 450 elements): 152671.75 requests per second
- LRANGE_600 (first 600 elements): 148104.27 requests per second
- MSET (10 keys): 132731.62 requests per second
Redis 的備份與恢復
Redis 自動備份有兩種方式：
- 通過 dump.rdb 文件實現備份
- 使用 aof 文件實現自動備份
dump.rdb 備份
Redis 服務默認的自動文件備份方式(AOF 沒有開啟的情況下)，在服務啟動時，就會自動從 dump.rdb 文件中去加載數據。
具體配置在 redis.conf：
- save 900 1
- save 300 10
- save 60 10000
也可以手工執行 save 命令實現手動備份。
- 127.0.0.1:6379> set name key
- OK
- 127.0.0.1:6379> SAVE
- OK
- 127.0.0.1:6379> set name key1
- OK
- 127.0.0.1:6379> BGSAVE
- Background saving started
Redis 快照到 dump 文件時，會自動生成 dump.rdb 的文件。
- # The filename where to dump the DB
- dbfilename dump.rdb
- -rw-r--r-- 1 root root 253 Apr 17 20:17 dump.rdb
- SAVE 命令表示使用主進程將當前數據庫快照到 dump 文件
- BGSAVE 命令表示，主進程會 fork 一個子進程來進行快照備份
- 兩種備份不同之處，前者會阻塞主進程，后者不會。
恢復舉例
- # Note that you must specify a directory here, not a file name.
- dir /usr/local/redisdata/
- 備份文件存儲路徑
- 127.0.0.1:6379> CONFIG GET dir
- 1) "dir"
- 2) "/usr/local/redisdata"
- 127.0.0.1:6379> set key 001
- OK
- 127.0.0.1:6379> set key1 002
- OK
- 127.0.0.1:6379> set key2 003
- OK
- 127.0.0.1:6379> save
- OK
將備份文件備份到其他目錄：
- [root@test ~]# ll /usr/local/redisdata/
- total 4
- -rw-r--r-- 1 root root 49 Apr 17 21:24 dump.rdb
- [root@test ~]# date
- Tue Apr 17 21:25:38 CST 2018
- [root@test ~]# cp ./dump.rdb /tmp/
刪除數據：
- 127.0.0.1:6379> del key1
- (integer) 1
- 127.0.0.1:6379> get key1
- (nil)
關閉服務，將原備份文件拷貝回 save 備份目錄：
- [root@test ~]# redis-cli -a foobared shutdown
- [root@test ~]# lsof -i :6379
- [root@test ~]# cp /tmp/dump.rdb /usr/local/redisdata/
- cp: overwrite ‘/usr/local/redisdata/dump.rdb’? y
- [root@test ~]# redis-server /usr/local/redis/redis.conf &
- [1] 31487
登錄查看數據是否恢復：
- [root@test ~]# redis-cli -a foobared
- 127.0.0.1:6379> mget key key1 key2
- 1) "001"
- 2) "002"
- 3) "003"
AOF 自動備份
Redis服務默認是關閉此項配置：
- ###### APPEND ONLY MODE ##########
- appendonly no
- # The name of the append only file (default: "appendonly.aof")
- appendfilename "appendonly.aof"
- # appendfsync always
- appendfsync everysec
- # appendfsync no
配置文件的相關參數，前面已經詳細介紹過。AOF 文件備份，是備份所有的歷史記錄以及執行過的命令，和 MySQL binlog 很相似，在恢復時就是重新執次一次之前執行的命令。
需要注意的就是在恢復之前，和數據庫恢復一樣需要手工刪除執行過的del或誤操作的命令。
AOF 與 dump 備份不同：
- AOF 文件備份與 dump 文件備份不同
- 服務讀取文件的優先順序不同，會按照以下優先級進行啟動
如果只配置 AOF，重啟時加載 AOF 文件恢復數據
如果同時 配置了 RBD 和 AOF，啟動是只加載 AOF 文件恢復數據
如果只配置 RBD，啟動時將加載 dump 文件恢復數據
注意：只要配置了 AOF，但是沒有 AOF 文件，這個時候啟動的數據庫會是空的。
Redis 生產優化介紹
內存管理優化
- hash-max-ziplist-entries 512
- hash-max-ziplist-value 64
- list-max-ziplist-entries 512
- list-max-ziplist-value 64
#list 的成員與值都不太大的時候會采用緊湊格式來存儲，相對內存開銷也較小
在 Linux 環境運行 Redis 時，如果系統的內存比較小，這個時候自動備份會有可能失敗，需要修改系統的 vm.overcommit_memory 參數，這個參數是 Linux 系統的內存分配策略。
- 0 表示內核將檢查是否有足夠的可用內存供應用進程使用；如果有足夠的可用內存，內存申請允許；否則，內存申請失敗，并把錯誤返回給應用進程。
- 1 表示內核允許分配所有的物理內存，而不管當前的內存狀態如何。
- 2 表示內核允許分配超過所有物理內存和交換空間總和的內存。
Redis官方的說明是，建議將 vm.overcommit_memory 的值修改為 1，可以用下面幾種方式進行修改：
- 編輯 /etc/sysctl.conf 改 vm.overcommit_memory=1，然后 sysctl -p 使配置文件生效
- sysctl vm.overcommit_memory=1
- echo 1 > /proc/sysm/overcommit_memory
內存預分配
持久化機制
- 定時快照：效率不高，會丟失數據
- AOF：保持數據完整性（一個實例的數量不要太大2G最大）
優化總結：
- 根據業務需要選擇合適的數據類型
- 當業務場景不需持久化時就關閉所有持久化方式（采用ssd磁盤來提升效率）
- 不要使用虛擬內存的方式，每秒實時寫入 AOF
- 不要讓 Redis 所在的服務器物理內存使用超過內存總量的 3/5
- 要使用 maxmemory
- 大數據量按業務分開使用多個 Redis 實例
Redis 集群應用
集群是將多個 Redis 實例集中在一起，實現同一業務需求，或者實現高可用與負載均衡到底有哪些集群方案呢？
Haproxy+Keepalived+Redis 集群
- 通過 Redis 的配置文件，實現主從復制、讀寫分離
- 通過 Haproxy 的配置，實現負載均衡，當從故障時也會及時從集群中T除
- 利用 Keepalived 來實現負載的高可用
Redis 官方 Sentinel 集群管理工具
Redis集群生產環境高可用方案實戰過程：
- Sentinel 負責對集群中的主從服務監控、提醒和自動故障轉移
- Redis 集群負責對外提供服務
- 關于 Redis Sentinel Cluster 集群配置可參考
Redis Cluster
Redis Cluster 是 Redis 的分布式解決方案，在 Redis 3.0 版本正式推出的，有效解決了 Redis 分布式方面的需求。
當遇到單機內存、并發、流量等瓶頸時，可以采用Cluster架構達到負載均衡的目的。
- 官方推薦，毋庸置疑。
- 去中心化，集群最大可增加 1000 個節點，性能隨節點增加而線性擴展。
- 管理方便，后續可自行增加或摘除節點，移動分槽等等。
- 簡單，易上手。
責任編輯：武曉燕
來源：
民工哥Linux運維
