Redis从入门到精通：初级篇

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Redis从入门到精通：初级篇

平时陆陆续续看了不少Redis的文章了，工作中也一直在用Redis，感觉是时候对过往Redis的所学进行一次系统性的总结。《Redis从入门到精通》系列会分为初级、中级、高级三篇，从浅入深讲解Redis相关知识点。

在本文中，我们将看到以下内容：

  • Redis简介
  • Redis安装、启动
  • Redis登录授权
  • Redis配置文件redis.conf中参数详细的一个解读
  • Redis性能测试

这些内容无关具体用法，作为一些初级的知识，系统地先认识一下Redis。

 

Redis简介

Redis是一款开源的使用ANSI C语言编写、遵守BSD协议、支持网络、可基于内存也可持久化的日志型、Key-Value高性能数据库。Redis与其他Key-Value缓存产品相比有以下三个特点：

  • 支持数据持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启可再次加载使用
  • 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
  • 支持数据的备份，即Master-Slave模式的数据备份

同时，我们再看下Redis有什么优势：

  • 读速度为110000次/s，写速度为81000次/s，性能极高
  • 具有丰富的数据类型，这个上面已经提过了
  • Redis所有操作都是原子的，意思是要么成功执行要么失败完全不执行，多个操作也支持事务
  • 丰富的特性，比如Redis支持publish/subscribe、notify、key过期等

 

Redis安装、启动

这次写Redis系列的文章，LZ特意去阿里云上买了一个月的服务器，操作系统是Linux，因为Redis项目本身不正式支持Windows系统。不过微软开放技术小组开发和维护了Windows版本的Redis，下载地址为https://github.com/MicrosoftArchive/redis/releases，感兴趣的可以自己去试下，LZ在自己笔记本上安装启动过，没有问题，但就不细说了。

下面说一下在Linux系统上安装并启动Redis的步骤（我的Redis安装在/data/component/redis目录下，每一步使用的命令标红加粗）：

  • 进入目录，cd /data/component/redis
  • 下载Redis，wget http://download.redis.io/releases/redis-3.2.11.tar.gz，可以看到LZ使用的Redis版本是3.2.11，在LZ写这篇文章的时候，Redis最新版本为4.0.9，地址为http://download.redis.io/releases/redis-4.0.9.tar.gz，感兴趣的朋友也可以用这个版本
  • 解压下载下来的tar包，tar -zxvf redis-3.2.11.tar.gz，解压完毕的文件夹名称为redis-3.2.11
  • 进入redis-3.2.11，cd redis-3.2.11
  • 由于我们下载下来的是源文件，因此使用make命令对源文件进行一个构建，构建完毕我们会发现src目录下多出了redis-benchmark、redis-check-aof、redis-check-rdb、redis-cli、redis-sentinel、redis-server几个可执行文件，这几个可执行文件后面会说到
  • 由于上述几个命令在/data/component/redis/redis-3.2.11/src目录下，为了更方便地使用这几个命令而不需要指定全路径，配置一下环境变量。这里我是以非root用户进行登录的，因此配置用户变量，先执行cd命令回到初始目录，再vi ./.bash_profile，在path这一行加入PATH=$PATH:$HOME/.local/bin:$HOME/bin:/data/component/redis/redis-3.2.11/src，使用:wq保存并退出
  • 使环境变量生效，执行source ./.bash_profile
  • 使用redis-server即可启动redis，redis-server /data/component/redis/redis-3.2.11/redis.conf

不过这个时候我们的启动稍微有点问题，不是后台启动的，即ctrl+c之后Redis就停了：

为了解决这个问题，我们需要修改一下redis.conf，将Redis设置为以守护进程的方式进行启动，打开redis.conf，找到daemonize，将其设置为yes即可：

这个时候先关闭一下再启动，Redis就在后台自动运行了，关闭Redis有两种方式：

  • redis-cli shutdown，这是种安全关闭redis的方式，但这种写法只适用于没有配置密码的场景，比较不安全，配置密码下一部分会讲
  • kill -9 pid，这种方式就是强制关闭，可能会造成数据未保存

重启后，我们可以使用ps -ef | grep redis，netstat -ant | grep 6379命令来验证Redis已经启动。

 

Redis登录授权

上面我们安装了Redis，但这种方式是非常不安全的，因为没有密码，这样任何连接上Redis服务器的用户都可以对Redis执行操作，所以这一部分我们来讲一下给Redis设置密码。

打开redis.conf，找到"requirepass"部分，打开原本关闭的注释，替换一下自己想要的密码即可：

重启Redis，授权登录有两种做法：

  • 连接的时候直接指定密码，redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 -a 123456
  • 连接后授权，redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379，auth 123456

在配置了密码的情况下，没有进行授权，那么对Redis发送的命令，将返回"(error) NOAUTH Authentication required."。

 

Redis配置文件redis.conf

上面两小节，设置使用守护线程启动、设置密码，都需要修改redis.conf，说明redis.conf是Redis核心的配置文件，本小节我们来看一下redis.conf中一些常用配置：

配置 作用 默认
bind

当配置了bind之后：

  • 只有bind指定的ip可以直接访问Redis,这样可以避免将Redis服务暴露于危险的网络环境中，防止一些不安全的人随随便便通过远程访问Redis
  • 如果bind选项为空或0.0.0.0的话，那会接受所有来自于可用网络接口的连接
 127.0.0.1
protected-mode

protected-mode是Redis3.2之后的新特性，用于加强Redis的安全管理，当满足以下两种情况时，protected-mode起作用：

  • bind未设置，即接收所有来自网络的连接
  • 密码未设置

当满足以上两种情况且protected-mode=yes的时候，访问Redis将报错，即密码未设置的情况下，无密码访问Redis只能通过安装Redis的本机进行访问

 yes
port Redis访问端口，由于Redis是单线程模型，因此单机开多个Redis进程的时候会修改端口，不然一般使用大家比较熟悉的6379端口就可以了 6379
tcp-backlog 半连接队列的大小，对半连接队列不熟的可以看我以前的文章TCP：三次握手、四次握手、backlog及其他 511
timeout 指定在一个client空闲多少秒之后就关闭它，0表示不管 0
tcp-keepalive

设置tcp协议的keepalive，从Redis的注释来看，这个参数有两个作用：

  • 发现死的连接
  • 从中间网络设备的角度看连接是否存活
 300
daemonize 这个前面说过了，指定Redis是否以守护进程的方式启动 no
supervised 这个参数表示可以通过upstart和systemd管理Redis守护进程，这个具体和操作系统相关，资料也不是很多，就暂时不管了 no
pidfile 当Redis以守护进程的方式运行的时候,Redis默认会把pid写到pidfile指定的文件中 /var/run/redis_6379.pid
loglevel

指定Redis的日志级别，Redis本身的日志级别有notice、verbose、notice、warning四种，按照文档的说法，这四种日志级别的区别是：

  • debug，非常多信息，适合开发/测试
  • verbose，很多很少有用的信息（直译，读着拗口，从上下文理解应该是有用信息不多的意思），但并不像debug级别这么混乱
  • notice，适度的verbose级别的输出，很可能是生产环境中想要的
  • warning，只记录非常重要/致命的信息
 notice
logfile 配置log文件地址,默认打印在命令行终端的窗口上 ""
databases 设置Redis数据库的数量，默认使用0号DB 16
 save 把Redis数据保存到磁盘上，这个是在RDB的时候用的，介绍RDB的时候专门说这个 

save 900 1

save 300 10

save 60 10000 
 stop-writes-on-bgsave-error

当启用了RDB且最后一次后台保存数据失败，Redis是否停止接收数据。

这会让用户意识到数据没有正确持久化到磁盘上，否则没有人会注意到灾难（disaster）发生了。

如果Redis重启了，那么又可以重新开始接收数据了

  yes
rdbcompression  是否在RBD的时候使用LZF压缩字符串，如果希望省点CPU，那就设为no，不过no的话数据集可能就比较大  yes 
 rdbchecksum 是否校验RDB文件，在RDB文件中有一个checksum专门用于校验 yes 
 dbfilename dump的文件位置 dump.rdb 
 dir Redis工作目录 ./ 
 slaveof 主从复制，使用slaveof让一个节点称为某个节点的副本，这个只需要在副本上配置  关闭
masterauth 如果主机使用了requirepass配置进行密码保护，使用这个配置告诉副本连接的时候需要鉴权 关闭
slave-serve-stale-data

当一个Slave与Master失去联系或者复制正在进行中，Slave可能会有两种表现：

  • 如果为yes，Slave仍然会应答客户端请求，但返回的数据可能是过时的或者数据可能是空的
  • 如果为no，在执行除了INFO、SLAVEOF两个命令之外，都会应答"SYNC with master in progres"错误
 yes
 slave-read-only 配置Redis的Slave实例是否接受写操作，即Slave是否为只读Redis  yes
 slave-priority 从站优先级是可以从redis的INFO命令输出中查到的一个整数。当主站不能正常工作时，redis sentinel使用它来选择一个从站并将它提升为主站。 
低优先级的从站被认为更适合于提升，因此如果有三个从站优先级分别是10， 100， 25，sentinel会选择优先级为10的从站，因为它的优先级最低。 
然而优先级值为0的从站不能执行主站的角色，因此优先级为0的从站永远不会被redis sentinel提升。 		 100 
 requirepass 设置客户端认证密码 关闭 
 rename-command

命令重命名，对于一些危险命令例如：

  • flushdb（清空数据库）
  • flushall（清空所有记录）
  • config（客户端连接后可配置服务器）
  • keys（客户端连接后可查看所有存在的键）                   

作为服务端redis-server，常常需要禁用以上命令来使得服务器更加安全，禁用的具体做法是是：

  • rename-command FLUSHALL ""

也可以保留命令但是不能轻易使用，重命名这个命令即可：

  • rename-command FLUSHALL abcdefg

这样，重启服务器后则需要使用新命令来执行操作，否则服务器会报错unknown command

 关闭 
maxclients  设置同时连接的最大客户端数量，一旦达到了限制，Redis会关闭所有的新连接并发送一个"max number of clients reached"的错误 关闭，默认10000 
 maxmemory 不要使用超过指定数量的内存，一旦达到了，Redis会尝试使用驱逐策略来移除键  关闭 
 maxmemory-policy

当达到了maxmemory之后Redis如何移除数据，有以下的一些策略：

  • volatile-lru，使用LRU算法，移除范围为设置了失效时间的
  • allkeys-lru，根据LRU算法，移除范围为所有的
  • volatile-random，使用随机算法，移除范围为设置了失效时间的
  • allkeys-random，使用随机算法，移除范围为所有的
  • volatile-ttl，移除最近过期的数据
  • noeviction，不过期，当写操作的时候返回错误

注意，当写操作且Redis发现没有合适的数据可以移除的时候，将会报错

 关闭，noeviction
appendonly  是否开启AOF，关于AOF后面再说   no
appendfilename AOF文件名称 appendonly.aof
appendfsync 

操作系统实际写数据到磁盘的频率，有以下几个选项：

  • always，每次有写操作都进行同步，慢，但是最安全
  • everysec，对写操作进行累积，每秒同步一次，是一种折衷方案
  • no，当操作系统flush缓存的时候同步，性能更好但是会有数据丢失的风险

当不确定是使用哪种的时候，官方推荐使用everysec，它是速度与数据安全之间的一种折衷方案

 everysec 
 no-appendfsync-on-rewrite

aof持久化机制有一个致命的问题，随着时间推移，aof文件会膨胀，当server重启时严重影响数据库还原时间，因此系统需要定期重写aof文件。

重写aof的机制为bgrewriteaof（另外一种被废弃了，就不说了），即在一个子进程中重写从而不阻塞主进程对其他命令的处理，但是这依然有个问题。

bgrewriteaof和主进程写aof，都会操作磁盘，而bgrewriteaof往往涉及大量磁盘操作，这样就会让主进程写aof文件阻塞。

针对上述问题，可以使用此时可以使用no-appendfsync-on-rewrite参数做一个选择：

  • no，最安全，不丢失数据，但是需要忍受阻塞
  • yes，数据写入缓冲区，不造成阻塞，但是如果此时redis挂掉就会丢失数据，在Linux操作系统默认设置下，最坏场景下会丢失30秒数据
  no
 auto-aof-rewrite-percentage 本次aof文件超过上次aof文件该值的百分比时，才会触发rewrite  100 
 auto-aof-rewrite-min-size aof文件最小值，只有到达这个值才会触发rewrite，即rewrite由auto-aof-rewrite-percentage+auto-aof-rewrite-min-size共同保证  64mb
 aof-load-truncated

redis在以aof方式恢复数据时，对最后一条可能出问题的指令的处理方式： 

  • yes，log并继续
  • no，直接恢复失败
  yes
 slowlog-log-slower-than Redis慢查询的最低条件，单位微妙，即查询时间>这个值的会被记录   10000
 slowlog-max-len Redis存储的慢查询最大条数，超过该值之后会将最早的slowlog剔除 128 
lua-time-limit 一个lua脚本执行的最大时间，单位为ms 5000
cluster-enabled 正常来说Redis实例是无法称为集群的一部分的，只有以集群方式启动的节点才可以。为了让Redis以集群方式启动，就需要此参数。 关闭
cluster-config-file 每个集群节点应该有自己的配置文件，这个文件是不应该手动修改的，它只能被Redis节点创建且更新，每个Redis集群节点需要不同的集群配置文件 关闭，nodes-6379.conf 
 cluster-node-timeout 集群中一个节点向其他节点发送ping命令时，必须收到回执的毫秒数  关闭，15000
cluster-slave-validity-factor

如果该项设置为0，不管Slave节点和Master节点间失联多久都会一直尝试failover。

比如timeout为5，该值为10，那么Master与Slave之间失联50秒，Slave不会去failover它的Master

 关闭，10 
cluster-migration-barrier

当一个Master拥有多少个好的Slave时就要割让一个Slave出来。

例如设置为2，表示当一个Master拥有2个可用的Slave时，它的一个Slave会尝试迁移

 关闭，1
cluster-require-full-coverage 

有节点宕机导致16384个Slot全部被覆盖，整个集群是否停止服务，这个值一定要改为no

 关闭，yes

以上把redis.conf里面几乎所有的配置都写了一遍（除了ADVANCED CONFIG部分），感觉其他博客很少有看到比我这个还全的了^_^，给大家作为参考吧。

 

Redis性能测试

之前说过Redis在make之后有一个redis-benchmark，这个就是Redis提供用于做性能测试的，它可以用来模拟N个客户端同时发出M个请求。首先看一下redis-benchmark自带的一些参数：

参数 作用 默认值
-h 服务器名称 127.0.0.1
-p 服务器端口 6379
-s 服务器Socket 无
-c 并行连接数 50
-n 请求书 10000
-d SET/GET值的字节大小 2
-k 1表示keep alive，0表示重连 1
-r

SET/GET/INC使用随机Key而不是常量，在形式上key样子为mykey_ran:000000012456

-r的值决定了value的最大值

 无
-p 使用管道请求 1，即不使用管道
-q 安静模式，只显示query/sec值 无
--csv 使用csv格式输出 无
-l 循环，无限运行测试 无
-t 只运行使用逗号分割的命令的测试 无
-I 空闲模式，只打开N个空闲线程并且等待 无

抛开配置只谈性能的都是耍流氓，说一下我买的阿里云服务器的配置：

  • 单核CPU，CPU类型为Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2682 v4 @ 2.50GHz
  • 内存4G
  • 带宽1M
  • 操作系统为Centos7

首先我们运行最简单的redis-benchmark -q，运行结果为：

打印了每个命令的QPS，看到基本都在读写速度基本都在100000次/s以上。

接着换一个命令进行测试，因为实际场景中我们的Key和Value一定是非常丰富的，不可能是单一的Key和单一的Value，因此接着去的测试使用-r模拟value到100000且将运行次数提高到1000000次，具体命令为redis-benchmark -q -r 100000 -n 1000000，运行结果为：

看到整个读写效率基本都在110000次/s以上，证明了读写的高效率。

简单对于Redis的性能测试就到这儿，这个测试结果看起来很美，但是实际应用却完全不是，主要体现在以下几点：

  • 网络与带宽，这是现实中最主要的影响因素，上面的测试还是太过于低级，现实使用中Redis里面存一个用户信息、订单信息，几KB的大小，100000qps根本不可能大家可以算算需要多大的带宽，粗粗算一下超过1个G吧，很多线上服务的带宽根本达不到1G/s，所以Redis的吞吐量最先会被网络带宽限制住
  • Redis由于是单线程模型，因此CPU性能非常重要，尤其是大缓存的快速CPU，我这里的CPU上面写过了，Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2682 v4 @ 2.50GHz总体还是可以的
  • 客户端连接数，上面使用了默认的连接数50，实际上10W、20W甚至100W+呢？不过得益于epoll模型，整个下降的可以接受，下面有一张连接数和qps的关系，我也是网上找来的
  • RDB和AOF可能会对Redis造成的阻塞并未考虑进去
  • 尽可能使用大内存，避免SWAP

无论如何，总而言之，Redis整个性能是非常不错的，个人认为如果要选一款存储系统，那么Redis应当是首选。

posted @ 2018-04-25 22:23  五月的仓颉  阅读(16293)  评论(16)  编辑  收藏  举报