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Redis原理及基本应用

发表于：2024-10-01 作者：千家信息网编辑

千家信息网最后更新 2024年10月01日，CAP定理：C：Consistency 一致性，分布式系统中数据备份节点都需要实时保持数据一致性；A：Availability 可用性，集群中有节点发生故障，并不影响整个集群对外提供服务；P：Part

千家信息网最后更新 2024年10月01日Redis原理及基本应用

CAP定理：

C：Consistency 一致性，分布式系统中数据备份节点都需要实时保持数据一致性；

A：Availability 可用性，集群中有节点发生故障，并不影响整个集群对外提供服务；

P：Partition tolerance 分区容错性，系统数据部分丢失后，仍能提供服务。

在一个分布式系统中，CAP三者不能兼得；高可用、数据一致是很多系统设计的目标，但是分区的现象是不可避免的事情：

CA：分区的现象是始终存在的，一般得CA系统指的是在各分区后的子分区内保持CA；

CP：系统保持强一致性，在同步各节点之间数据中，无法做到多外提供服务，在关系型数据库事务中，就能体现CP的特性；

AP：保证高可用，就必须放弃强一致性。一旦集群中发生分区现象，每个节点都能使用自己的本地数据对外提供服务，但是这样会导致全局数据的不一致性，NoSQL都基本数据此特性。

由于网络硬件等问题，造成延迟丢包的现象肯定会发生，所以分区容忍性是我们必须要实现的。在设计分布式系统中，只能在一致性和可用性之间做权衡。

BASE方案：

BA(Basically Available) 基本可用，分布式系统出现故障时，允许损失部分可用性，保证核心可用；

S(Soft state) 软状态，指允许系统出现中间状态，不会影响系统整体可用性；

E(Eventually consistent) 最终一致，系统中所有数据副本经过一段时间后，最终能够达到一致的状态。

NoSQL主要的四种技术流派：

K/V存储：key-value，如Dynamo、Redis；

Column Family：列式数据库，如HBase；

Document：文档数据库，如mongoDB；

GraphDB：图式数据库。

Redis：Remote DICtionary Server：数据结构服务器。

Redis的特点：

(1) 完全开源免费，遵守BSD协议；

(2) 支持数据持久化存储；

(3) 支持数据备份。

Redis的优势：

(1) 性能高- 110000次/s的读速度，81000次/s的写速度；

(2) 支持的数据类型多- 有字符串(String)，哈希(Hash)，列表(List)，集合(Sets)，有序集合(Sorted sets)等类型的值。

(3) 原子性- 所有的操作都是原子性的；

(4) 特性丰富- 支持publish/subscribe、通知、key过期等特性。

Redis安装：3.0以上版本，需要到官网下载rpm包。

安装Redis的rpm包需要依赖到jemalloc安装包，所以需要配置好epel的yum源：

yum install ./redis-3.2.3-1.el7.x86_64.rpm

Redis配置：

Redis的配置文件为/etc/redis.conf，默认的监听端口为TCP的6379，通过rediscli可以登录交互式命令行界面：

[root@node7 ~]# systemctl start redis.service

[root@node7 ~]# redis-cli

127.0.0.1:6379>

Redis数据类型：

Redis支持五中数据类型：字符串(String)，哈希(Hash)，列表(List)，集合(Sets)，有序集合 (Sorted sets)。

(1) 字符串(String)

127.0.0.1:6379> SET name 'hisen' #设置一个字符串的key为name，value为hisen

OK #设置结果状态为OK

127.0.0.1:6379> GET name #获取key为name的值

"hisen" #获取的结果

注意：一个键最大能存储512MB。

(2) 哈希(Hash)

Hash类型为一键多值型，一个键对应一个集合的值，命令HMSET、HGETALL。

127.0.0.1:6379> HMSET hisen id name age gender

127.0.0.1:6379> HGETALL hisen

1) "id"

2) "name"

3) "age"

4) "gender"

每个hash可以存储2^32-1个键值对。

(3) 列表(List)

列表类型值，可以从左边或者右边加入字符串列表中，命令LPUSH、RPUSH、LRANGE：

127.0.0.1:6379> LPUSH friends he

(integer) 1

127.0.0.1:6379> LPUSH friends tao

(integer) 2

127.0.0.1:6379> LPUSH friends ying

(integer) 3

127.0.0.1:6379> RPUSH friends yu

(integer) 4

127.0.0.1:6379> RPUSH friends zhen

(integer) 5

127.0.0.1:6379> LRANGE friends 0 4

1) "ying"

2) "tao"

3) "he"

4) "yu"

5) "zhen"

每个列表最多可存储2^32-1个元素。

(4) 集合(Sets)

Set是string类型的无序集合，命令SADD 、SMEMBERS。

添加一个String元素，成功返回1，如果插入的元素与集合中某元素相同，则返回0。

127.0.0.1:6379> SADD animals cat

(integer) 1

127.0.0.1:6379> SADD animals pig

(integer) 1

127.0.0.1:6379> SADD animals dog

(integer) 1

127.0.0.1:6379> SADD animals panda

(integer) 1

127.0.0.1:6379> SADD animals dog

(integer) 0

127.0.0.1:6379> SMEMBERS animals

1) "pig"

2) "panda"

3) "cat"

4) "dog"

(5) ZSET 有序集合 (Sorted sets)

ZSET也是string类型元素集合，而且不重复；

每个元素加入集合中时都会关联一个double类型的分数，Redis就是通过分数来对集合元素进行从大到小的排序，分数可以相同。

127.0.0.1:6379> ZADD animals 0 pig

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD animals 2 cat

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD animals 4 dog

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD animals 6 panda

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE animals 0 10

1) "pig"

2) "cat"

3) "dog"

4) "panda"

Redis 配置：

Redis的配置文件为安装目录下的redis.conf文件，也可以通过命令行来查看：

127.0.0.1:6379> CONFIG GET *

1) "dbfilename"

2) "dump.rdb"

3) "requirepass"

4) "hisen"

5) "masterauth"

6) ""

7) "unixsocket"

8) ""

9) "logfile"

10) "/var/log/redis/redis.log"

11) "pidfile"

12) "/var/run/redis/redis.pid"

13) "slave-announce-ip"

14) ""

15) "maxmemory"

16) "0"

17) "maxmemory-samples"

18) "5"

19) "timeout"

20) "0"

21) "auto-aof-rewrite-percentage"

22) "100"

23) "auto-aof-rewrite-min-size"

24) "67108864"

25) "hash-max-ziplist-entries"

26) "512"

27) "hash-max-ziplist-value"

28) "64"

29) "list-max-ziplist-size"

30) "-2"

31) "list-compress-depth"

32) "0"

…

redis.conf 配置文件项：

bind 0.0.0.0 #监听端口

protected-mode yes

port 6379 #默认监听端口

tcp-backlog 511

timeout 0 #超时时间，0为不超时

tcp-keepalive 300

daemonize no #是否以守护方式运行

supervised no

pidfile /var/run/redis/redis.pid #存放pid的文件

loglevel notice #日志记录级别：debug、verbose、notice、warning

logfile /var/log/redis/redis.log #日志存放的文件

databases 16 #数据库数量

save 900 1 #指定900s内，有1次更新，就将数据同步到磁盘文件中

save 300 10 #指定300s内，有10次更新，就将数据同步到磁盘文件中

save 60 10000 #指定60s内，有10000次更新，就将数据同步到磁盘文件中

stop-writes-on-bgsave-error yes

rdbcompression yes #本地数据是否压缩

rdbchecksum yes

dbfilename dump.rdb #本地数据库名，默认为dump.rdb

dir /var/lib/redis #本地数据库存放路径

slaveof #本机为slave时，指定的master地址及端口号

masterauth #slave连接master的密码

slave-serve-stale-data yes

slave-read-only yes

repl-diskless-sync no

repl-diskless-sync-delay 5

repl-disable-tcp-nodelay no

slave-priority 100

requirepass foobared #设置redis连接密码

maxclients 10000 #同一时间最大客户端连接数

maxmemory #指定redis最大可使用内存空间

appendonly no #指定是否在每次更新操作后进行日志记录

appendfilename "appendonly.aof" #更新日志文件名

appendfsync everysec #指定更新日志条件：no表示等操作系统进行数据缓存同步到磁盘；always每次更新操作后手动低啊用fsync()将数据写进磁盘；everysec每秒同步一次

no-appendfsync-on-rewrite no

auto-aof-rewrite-percentage 100

auto-aof-rewrite-min-size 64mb

aof-load-truncated yes

lua-time-limit 5000

slowlog-log-slower-than 10000

slowlog-max-len 128

latency-monitor-threshold 0

notify-keyspace-events ""

hash-max-ziplist-entries 512

hash-max-ziplist-value 64

list-max-ziplist-size -2

list-compress-depth 0

set-max-intset-entries 512

zset-max-ziplist-entries 128

zset-max-ziplist-value 64

hll-sparse-max-bytes 3000

activerehashing yes

client-output-buffer-limit normal 0 0 0

client-output-buffer-limit slave 256mb 64mb 60

client-output-buffer-limit pubsub 32mb 8mb 60

hz 10

aof-rewrite-incremental-fsync yes

Redis 发布订阅

Redis 发布订阅分为发送消息端(pub),接收信息端(sub)。

示例：

(1) 创建一个订阅频道WeChat：

127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE WeChat

Reading messages... (press Ctrl-C to quit)

1) "subscribe"

2) "WeChat"

3) (integer) 1

(2) 另外开启一个客户端，并对WeChat频道进行信息发布：

127.0.0.1:6379> PUBLISH WeChat "Today is a funny day!"

(integer) 1

127.0.0.1:6379> PUBLISH WeChat "I Love Linux!"

(integer) 1

(3) 返回订阅客户端查看：

127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE WeChat

Reading messages... (press Ctrl-C to quit)

1) "subscribe"

2) "WeChat"

3) (integer) 1

1) "message"

2) "WeChat"

3) "Today is a funny day!"

1) "message"

2) "WeChat"

3) "I Love Linux!"

命令	描述
PSUBSCRIBE pattern [pattern ...]	订阅一个或多个符合模式的频道
PUBSUB subcommand [argument [argument ...]]	查看订阅与发布系统状态
PUBLISH channel message	将信息发送给指定频道
PUNSUBSCRIBE [pattern [pattern ...]]	退订所有给定模式的频道
SUBSCRIBE channel [channel ...]	订阅给定的一个或多个频道信息
UNSUBSCRIBE [channel [channel ...]]	退订给定的频道

Redis 事务：

事务隔离性：一个事务中的所有命令都会按顺序执行，执行事务时不会被其他客户端发来的命令打断；

事务原子性：事务中的命令，要么全部执行，要么全部不执行。

示例：

MULTI是开启一个事务的标识，之后多个命令会在事务中列队，等执行EXEC时，列队中的所有命令再依次执行。

127.0.0.1:6379> MULTI

127.0.0.1:6379> SET name hisen

QUEUED

127.0.0.1:6379> GET name

QUEUED

127.0.0.1:6379> SADD xingshi zhao qiao sun li

QUEUED

127.0.0.1:6379> SMEMBERS xingshi

QUEUED

127.0.0.1:6379> EXEC

1) OK

2) "hisen"

3) (integer) 4

4) 1) "qiao"

2) "li"

3) "sun"

4) "zhao"

命令	描述
DISCARD	取消事务
EXEC	执行事务
MULTI	开始一个事务
UNWATCH	取消对所有key的监控
WATCH key [key ...]	监控key，如果在事务执行前key被更改，事务将会被打断

Redis 安全：

设置服务连接密码，可以通过配置文件，也可以通过命令行设置：

(1)查看Redis是否启用密码验证：

127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass

1) "requirepass"

2) "" #空字符串代表没设置验证密码

(2)设置Redis密码验证：

127.0.0.1:6379> CONFIG SET requirepass "hisen" #设置密码为hisen

127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass #查看密码

1) "requirepass"

2) "hisen" #密码已设置，为hisen

(3)验证密码有效性：

127.0.0.1:6379> GET name #没输密码前，试图获取数据

(error) NOAUTH Authentication required. #显示没有认证的错误

127.0.0.1:6379> AUTH hisen #输入认证密码

OK #状态为OK

127.0.0.1:6379> GET name #再次获取数据

"hisen" #正确返回数据

Redis 性能测试工具之redis-benchmark

redis-benchmark [option] [option value]

redis-benchmark选项：

选项	描述	默认值
-h	指定主机名	127.0.0.1
-p	指定端口	6379
-s	服务器socket
-c	并发连接数	50
-n	请求数	10000
-d	以字节的形式指定SET/GET值的数据大小	2
-k	1=keep alive 0=reconnect	1
-r	SET/GET/INCR使用随机key，SADD使用随机值
-P	通过管道传输请求	1
-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
-l	ldle模式，仅打开N个idle连接并等待
-a	指定认证密码
-dbnum	选择数据库号	0
-e	标准输出server回复的错误信息