简单又好玩的数据库就是有点烦

1 数据库

1.1 数据库类型

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（标准数据查询语句）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、PostgreSQL等

以上数据库在使用的时候必须先建库建表设计表结构，然后存储数据的时候按照表结构去存，如果数据与表结构不匹配就会存储失败。

非关系型数据库

NoSQL（NoSQL = not only SQL），意思是“不仅仅只是SQL”，时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。

不需要先建库建表定义数据存储表结构，每条记录都可以有不同的数据类型和字段个数（比如微信里的文字、图片、视频、文件）

主流的NoSQL数据库有 Redis、MongBD、Hbase、Memcached、ElasticSearch、TSDB等

1.2 关系型数据库和非关系型数据库的区别

1）数据存储方式不同

关系型和非关系型数据库的主要查查一式数据存储的方式。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写作存储，也很容易提取数据。

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。你的数据及其特性式选择数据存储和提取方式的首要影响因素。

2）扩展方式不同

SQL和NoSQL数据库最大的差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数据库时纵向扩展，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乐。因为数据存储在关系表中，操作的性能瓶颈可能实际很多个表，这都需要通过提高计算机性能来克服。虽然SQL数据库有很大的扩展空间，但最终肯定会达到纵向扩展的上限。

而NoSQL数据库时横向扩展的。因此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资源池添加更多的普通的数据库服务器（节点）来分担负载。

3）对事务性的支持不同

关系型数据遵循ACID规则：原子性、一致性、隔离性、持久性

NoSQL数据库遵循BASE原则：基本可用、软/柔性事务、最终一致性

由于关系型数据的数据强一致性，所以对于事务的支持很好。关系型数据库支持对事务原子性细粒度控制，并且易于回滚事务。

NoSQL数据库时在CAP（一致性、可用性、分区容忍度）中任选两项，因为基于节点的分布式系统中，不坑你同时全部满足，所以对事务的支持不是很好。

区别类型	SQL	NoSQL
存储结构	二维表格结构	不固定的，键对值、文档、索引、图形结构、时间序列等
扩展方式	纵向扩展（提升单机硬件性能）	横向扩展（增加服务器节点数量）
事务支持	基于ACID原则，事务控制更稳定，细粒度更高	基于BASE原则，稳定性和细粒度控制方面不如SQL
典型代表	MySQL、Oracle、SQL-Server、PostgreSQL	Redis、Memcached、MongDB、ElasticSearch、Prometheus

1.3 非关系型数据库产生的背景

可用于应对 Web2.0 纯动态网站类型的三高问题（高并发、高性能、高可用）

（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。让关系型数据库关注在关系上和对数据的一致性保障，非关系型数据库关注在存储和高效率上。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。

1.4 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）。

2 Redis

2.1 Redis概述

Redis（远程字典服务器）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（KV键值对）的存储形式，是目前分布式架构中不可或缺的一环。

默认端口号：TCP/6379

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。

2.2 Redis的特点

（1）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。

（2）支持丰富的数据类型：支持 key-value（键值对）、Strings（字符串）、Lists（双向列表）、Hashes（哈希表/散列）、Sets （集合[无序]）及 Sorted Sets/Zset （有序集合）等数据类型操作。

三种特殊数据类型：HyperLogLogs（基数统计）、Bitmaps（位图）、geospatial（地理位置）

（3）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。

（4）原子性：Redis 所有操作都是原子性的。

（5）支持数据备份：即 master-salve 模式的数据备份。

2.3 Redis的应用场景

1）Redis作为基于内存运行的数据库，是一个高性能的缓存，一般应用在Session缓存、队列、排行榜、计数器、最近最热文章、最近最热评论、发布订阅等。

2）Redis 适用于数据实时性要求高、数据存储有过期和淘汰特征的、不需要持久化或者只需要保证弱一致性、逻辑简单的场景。

3）我们通常会将部分数据放入缓存中，来提高访问速度，然后数据库承担存储的工作。

2.4 哪些数据适合放入缓存中

●即时性。例如查询最新的物流状态信息。

●数据一致性要求不高。例如门店信息，修改后，数据库中已经改了，五分钟后缓存中才是最新的，但不影响功能使用。

●访问量大且更新频率不高，例如网站首页的广告信息，访问量大，但是不会经常变化。

2.5 Redis为什么这么快

1、Redis是一款纯内存结构，数据读写都在内存中完成的，避免了磁盘I/O等耗时操作。

2、Redis命令处理的核心模块为单线程，避免了多线程切换而消耗CPU，不用考虑各种锁的问题，不存在加锁、释放锁的操作，没有因为可能出现死锁而导致性能消耗。

3、采用了 I/O 多路复用机制，可以使线程处理更多的网络连接请求，大大提升了并发能力。

tip：在 Redis 6.0 中新增加的多线程也只是针对处理网络请求过程采用了多线性，而数据的读写命令，仍然是单线程处理的。

2.6 Redis部署

修改内核参数

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048</span></span>

解压源码包编译并安装

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">tar zxvf /opt/redis-7.0.13.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-7.0.13
make
make PREFIX=/usr/local/redis install</span></span>

创建redis工作目录，并从源码包中将配置文件复制到redis工作目录中，创建执行用户并授权

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}
cp /opt/redis-7.0.13/redis.conf /usr/local/redis/conf/
useradd -M -s /sbin/nologin redis
chown -R redis.redis /usr/local/redis/</span></span>

配置环境变量

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /etc/profile 
PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin     #增加一行
source /etc/profile</span></span>

修改配置文件

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 127.0.0.1 192.168.80.10                    #87行，添加 监听的主机地址
protected-mode no                   #111行，将本机访问保护模式设置no。如果开启了，那么在没有设定bind ip且没有设密码的情况下，Redis只允许接受本机的响应
port 6379                                       #138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes                                   #309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid     #341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"   #354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data                       #504行，指定持久化文件所在目录
requirepass abc123                              #1037行，增加一行，设置redis密码</span></span>

定义systemd服务管理脚本

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /usr/lib/systemd/system/redis-server.service
[Unit]
Description=Redis Server
After=network.target

[Service]
User=redis
Group=redis
Type=forking
TimeoutSec=0
PIDFile=/usr/local/redis/log/redis_6379.pid
ExecStart=/usr/local/redis/bin/redis-server /usr/local/redis/conf/redis.conf
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target</span></span>

启动服务并查看状态

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">systemctl start redis-server
systemctl enable redis-server
netstat -lntp | grep 6379</span></span>

3 Redis命令工具

3.1 查看目录下的命令工具

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">cd /usr/local/redis/bin
ls</span></span>

3.2 各个命令工具的语法和选项

redis-cli 命令行工具

语法：redis-cli -h host -p port [-a password]

选项	说明
-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

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">redis-cli -h 192.168.111.10 -p 6379 -a 'abc123' </span></span>

redis-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。

基本的测试语法：redis-benchmark [选项] [选项值]

选项	说明
-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(递增1) 使用随机key，SADD使用随机值
-P（大P）	通过管道符传输<numreq>请求
-q	强制退出redis，仅显示quert/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（大i）	ldle模式，仅打开N个idle连接并等待

向 IP 地址为 192.168.111.10 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

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">redis-benchmark -h 192.168.111.10 -p 6379 -c 100 -n 100000 -a 'abc123'</span></span>

测试存取大小为 100 字节的数据包的性能

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333"> redis-benchmark -h 192.168.111.10 -p 6379 -q -d 100</span></span>

测试本机上 Redis 服务在进行 set 与 lpush 操作时的性能

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q</span></span>

3.3 常用的Redis数据库命令

通用数据库命令

查询 key 对应的 value 值类型

type 键

**查询符合规则的键值列表，通常情况可以结合*、？等选项来使用**

*表示任意长度的任意字符

keys 键 *

？表示一个任意字符

keys 键？

？？表示任意两个字符

keys 键？？

判断键值是否存在 1表示存在，0表示不存在

exists 键

为已存在的key 设置过期时间，单位为秒

expire 键过期时间

创建string类型的键并设置过期时间

setex 键过期时间值

查看 key 还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期

ttl 键

已有 key 进行重命名。（覆盖）

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。

rename 旧键新键

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。（不覆盖已存在的键）

renamenx 旧键新键

统计当前库中键的总数

dbsize

设置/修改redis密码

config set requirepass '密码'

查看密码

config get requirepass