NoSQL 之 Redis配置与优化
NoSQL 之 Redis配置与优化
1、关系数据库与非关系型数据库概述
2、关系数据库与非关系型数据库区别
3、非关系型数据库产生背景
4、Redis简介
5、Redis安装部署
6、Redis 命令工具
7、Redis 高可用
8、Redis持久化
9、Redis 提供两种方式进行持久化
10、Redis 性能管理
1、关系数据库与非关系型数据库概述 :
a)关系型数据库
关系型数据库是一个结构化的数据库,创建在关系模型(二维表格模型)基础上,一般面向于记录。
SQL 语句(标准数据查询语言)就是一种基于关系型数据库的语言,用于执行对关系型数据库中数据的检索和操作。
主流的关系型数据库包括 Oracle、MySQL、SQL Server、Microsoft Access、DB2 等。
b)非关系型数据库
NoSQL(NoSQL = Not Only SQL ),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。
主流的 NoSQL 数据库有 Redis、MongBD、Hbase、Memcached等。
2、关系数据库与非关系型数据库区别:
a)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。关系型数据天然就是表格式的,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。 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。你的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。
b)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。 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客服。虽然SQL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。 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。
c)对事务性的支持不同 :
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。 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、非关系型数据库产生背景 :
可用于应对 Web2.0 纯动态网站类型的三高问题。
(1)High performance——对数据库高并发读写需求
(2)Huge Storage——对海量数据高效存储与访问需求
(3)High Scalability && High Availability——对数据库高可扩展性与高可用性需求
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。
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: 实例–>数据库–>集合(collection)–>键值对(key-value) 非关系型数据库不需要手动建数据库和集合(表)。
4、Redis简介 :
Redis 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。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;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。即:在实际生产环境中,需要根据实际的需求来决定开启多少个Redis进程。若对高并发要求更高一些,可能会考虑在同一台服务器上开启多个进程。若 CPU 资源比较紧张,采用单进程即可。
Redis 优点 :
- 具有极高的数据读写速度:数据读取的速度最高可达到 110000 次/s,数据写入速度最高可达到 81000 次/s。
- 支持丰富的数据类型:String、List、Hash、SET、Sorted Set(zset、有序集合)等数据类型操作。
- 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。
- 原子性:Redis 所有操作都是原子性的。
- 支持数据备份:即 master-salve 模式的数据备份。
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。
5、Redis安装部署:
可以看我上一个的博客一键部署:详细见:
https://www.cnblogs.com/lvrui/p/15237579.html
6、Redis 命令工具:
redis-server 用于启动 Redis 的工具 redis-benchmark 用于检测 Redis 在本机的运行效率 redis-check-aof 修复 AOF 持久化文件 redis-check-rdb 修复 RDB 持久化文件 redis-cli Redis命令行工具
redis-cli 命令行工具:
-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 |
语法:redis-cli -h host -p port -a password
不添加任何选项表示,则使用 20.0.0.20:6379 连接本机上的 Redis 数据库
redis-cli -h 20.0.0.20 -p 6379
此时无密码,不需要-a直接登陆
查看指定端口:
netstat -natp | grep redis
redis-benchmark 测试工具:
edis-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: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<numred>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 20.0.0.20、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 20.0.0.20 -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 20.0.0.20 -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
Redis 数据库常用命令:
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 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。 exists 命令可以判断键值是否存在。 del 命令可以删除当前数据库的指定 key。 type 命令可以获取 key 对应的 value 值类型。
例子:
redis-cli -p 6379 set teacher zhangsan get teacher set h1 1 set h2 2 set h3 3 set h1 4 set a2 5
keys * keys h* keys a?
keys * del a2 keys *
exists teacher exists haha
rename 命令是对已有 key 进行重命名。(覆盖) 命令格式:rename 源key 目标key
使用rename命令进行重命名时,无论目标key是否存在都进行重命名,且源key的值会覆盖目标key的值。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。
例子:
keys a* rename a22 a2 keys a* get a1 get a2 rename a1 a2 keys a* get a2
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) 命令格式:renamenx 源key 目标key 例: keys h* renamenx h1 h2 keys h* renamenx h1 h5 keys h*
dbsize 命令的作用是查看当前数据库中 key 的数目。 例: keys * dbsize
使用config set requirepass password命令设置密码 使用config get requirepass命令查看密码(一旦设置密码,必须先验证通过密码,否则所有操作不可用) 例: config set requirepass abc123 auth abc123 config get requirepass quit redis-cli keys * auth bc123 keys *
Redis 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。
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。
20.0.0.20:6379> select 10 #切换至序号为 10 的数据库 20.0.0.20:6379[10]> select 15 #切换至序号为 15 的数据库 20.0.0.20:6379[15]> select 0 #切换至序号为 0 的数据库
多数据库间移动数据:
格式:格式:move 键值 序号
例: set lic kiki get lic select 5 get lic select 0 move lic 5 get lic select 5 get lic
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!
7、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cluster集群,下面分别说明它们的作用,以及解决了什么样的问题。
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。
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。
哨兵:
在主从复制的基础上搭建的,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
cluster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。 把哨兵的所有问题都解决了。虽然比哨兵好,但是都用哨兵因为便宜~~哨兵最少三台,cluster集群最少6台。
8、Redis 持久化 :
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。
9、Redis 提供两种方式进行持久化 :
- RDB 持久化:原理是将 Reids在内存中的数据库以快照的方式记录定时保存到磁盘上,用二进制压缩存储,后缀是rdb。
- AOF 持久化(append only file):原理是将 Reids 的操作日志以追加的方式写入文件,类似于MySQL的binlog。
由于AOF持久化的实时性更好,即当进程意外退出时丢失的数据更少,因此AOF是目前主流的持久化方式,
不过RDB持久化仍然有其用武之地。
a)手动触发 :
bgsave命令执行过程中,只有fork子进程时会阻塞服务器,而对于save命令,整个过程都会阻塞服务器,因此save已基本被废弃,线上环境要杜绝save的使用。
b)自动触发:
save m n
自动触发最常见的情况是在配置文件中通过save m n,指定当m秒内发生n次变化时,会触发bgsave。
vim /etc/redis/6379.conf
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bgsave save 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bgsave save 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
dbfilename dump.rdb
264行指定RDB文件和AOF文件所在目录
dir /var/lib/redis/6379
rdbcompression yes
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:
- 在主从复制场景下,如果从节点执行全量复制操作,则主节点会执行bgsave命令,并将rdb文件发送给从节点。
- 执行shutdown命令时,自动执行rdb持久化。
执行流程 :
- Redis父进程首先判断:当前是否在执行save,或bgsave/bgrewriteaof的子进程,如果在执行则bgsave命令直接返回。 bgsave/bgrewriteaof的子进程不能同时执行,主要是基于性能方面的考虑:两个并发的子进程同时执行大量的磁盘写操作,可能引起严重的性能问题。
- 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,Redis不能执行来自客户端的任何命令
- 父进程fork后,bgsave命令返回”Background saving started”信息并不再阻塞父进程,并可以响应其他命令
- 子进程创建RDB文件,根据父进程内存快照生成临时快照文件,完成后对原有文件进行原子替换
- 子进程发送信号给父进程表示完成,父进程更新统计信息
AOF 持久化 :
RDB持久化是将进程数据写入文件,而AOF持久化,则是将Redis执行的每次写、删除命令记录到单独的日志文件中,查询操作不会记录; 当Redis重启时再次执行AOF文件中的命令来恢复数据。 与RDB相比,AOF的实时性更好,因此已成为主流的持久化方案。
vim /etc/redis/6379.conf
700行修改,开启AOF
appendonly yes
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
执行流程 :
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。
vim /etc/redis/6379.conf
appendfsync no:
appendfsync everysec:
c)文件重写(rewrite)
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。
文件重写的触发,分为手动触发和自动触发:
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
RDB持久化 优点:
缺点:
10、Redis 性能管理 :
redis-cli -h 20.0.0.20 -p 6379 20.0.0.20:6379> info memory
内存碎片率
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)
- 内存碎片率稍大于1是合理的,这个值表示内存碎片率比较低
- 内存碎片率超过1.5,说明Redis消耗了实际需要物理内存的150%,其中50%是内存碎片率。需要在redis-cli工具上输入shutdown save 命令,并重启 Redis 服务器。
- 内存碎片率低于1的,说明Redis内存分配超出了物理内存,操作系统正在进行内存交换。需要增加可用物理内存或减少 Redis 内存占用。
避免内存交换发生的方法:
- 针对缓存数据大小选择安装 Redis 实例
- 尽可能的使用Hash数据结构存储
- 设置key的过期时间
当达到设置的最大阀值时,需选择一种key的回收策略,默认情况下回收策略是禁止删除。 配置文件中修改 maxmemory-policy 属性值:
vim /etc/redis/6379.conf
maxmemory-policy noenviction