一、缓存的概述

缓存是为了调节速度不一致的两个或多个不同的物质的速度，在中间对速度较慢的一方起到加速作用，比如CPU的一级、二级缓存是保存了CPU最近经常访问的数据，内存是保存CPU经常访问硬盘的数据，而且硬盘也有大小不一的缓存，甚至是物理服务器的raid 卡有也缓存，都是为了起到加速CPU 访问硬盘数据的目的，因为CPU的速度太快了，CPU需要的数据由于硬盘往往不能在短时间内满足CPU的需求，因此CPU缓存、内存、Raid 卡缓存以及硬盘缓存就在一定程度上满足了CPU的数据需求，即CPU 从缓存读取数据可以大幅提高CPU的工作效率。

1.系统缓存

buffer与cache：

buffer：缓冲也叫写缓冲，一般用于写操作，可以将数据先写入内存再写入磁盘，buffer 一般用于写缓冲，用于解决不同介质的速度不一致的缓冲，先将数据临时写入到里自己最近的地方，以提高写入速度，CPU会把数据先写到内存的磁盘缓冲区，然后就认为数据已经写入完成看，然后由内核在后续的时间在写入磁盘，所以服务器突然断电会丢失内存中的部分数据。
cache：缓存也叫读缓存，一般用于读操作，CPU读文件从内存读，如果内存没有就先从硬盘读到内存再读到CPU，将需要频繁读取的数据放在里自己最近的缓存区域，下次读取的时候即可快速读取。

2.缓存保存位置及分层结构

互联网应用领域，缓存是服务响应速度提升的关键

用户层：浏览器DNS缓存,应用程序DNS缓存,操作系统DNS缓存客户端
代理层：CDN,反向代理缓存
Web层：Web服务器缓存
应用层：页面静态化
数据层：分布式缓存,数据库
系统层：操作系统cache
物理层：磁盘cache, Raid Cache

DNS缓存

浏览器的DNS缓存默认为60秒，即60秒之内在访问同一个域名就不在进行DNS解析。

应用层缓存

Nginx、PHP等web服务可以设置应用缓存以加速响应用户请求，另外有些解释性语言，比如：PHP/Python/Java不能直接运行，需要先编译成字节码，但字节码需要解释器解释为机器码之后才能执行，因此字节码也是一种缓存，有时候还会出现程序代码上线后字节码没有更新的现象。所以一般上线新版前,需要先将应用缓存清理,再上线新版。

另外可以利用动态页面静态化技术,加速访问,比如:将访问数据库的数据的动态页面,提前用程序生成静态页面文件html 电商网站的商品介绍,评论信息非实时数据等皆可利用此技术实现。

数据层缓存

分布式缓存服务：

Redis
Memcached

数据库：

MySQL 查询缓存
innodb缓存、MYISAM缓存

硬件缓存

CPU缓存（L1的数据缓存和L1的指令缓存）、二级缓存、三级缓存
磁盘缓存：Disk Cache
磁盘阵列缓存：Raid Cache，可使用电池防止断电丢失数据

二、关系型数据库和非关系型数据库

1.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、PostgreSQL 等。

2.非关系型数据库

NoSQL（NoSQL=NotonlysQL），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。
不需要预先建库建表定义数据存储表结构，每条记录可以有不同的数据类型和字段个数(比如微信群聊里的文字、图片、视频、音乐等)。
主流的NOSQL 数据库有Redis、MongBD、 Hbase（分布式非关系型数据库，大数据使用）、Memcached、ElasticSearch（简称ES，索引型数据库）、TSDB（时续型数据库）等。

3.关系型数据库和非关系型数据库区别：

（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。（很容易切换数据类型，一个数据集当中有多种数据类型）

（2）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克服。虽然SQI数据库有很大打展空间，但最终肯定会达到纵向扩展的上限。（数据一般存储在本地的文件系统中。读可以通过读写分离、负载均衡来分摊性能，但读写仍然很消耗IO性能）
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。（数据分布存储在不同服务器上，可以并发地读写，加快效率）
横向扩展：加服务器。（比较便宜）
纵向扩展：提高硬件配置，比如换更高性能的CPU、加CPU核数、硬盘、磁盘IO、内存条。（除硬盘外，其他需要停机才能加）

（3）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。
非关系型数据库在事务的处理和稳定性方面，不如关系型数据库。但读写性能好、易于扩展，处理大数据方面占优势。

4. NOSQL 与 SQL的数据记录对比

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)。

三、redis简介

Redis是一个开源、基于内存、使用C语言编写的key-value数据库，并提供了多种语言的API。它的数据结构十分丰富，主要可以用于数据库、缓存、分布式锁、消息队列等...

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。

1.redis的五大数据类型

基础数据类型包括：string（字符串）、list（列表，双向链表）、hash（散列，键值对集合）、set（集合，不重复）和sorted set也可以称为Zset（有序集合）。

2.redis的优缺点

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。
支持的数据结构： key-value，支持丰富的数据类型：Strings、 Lists、Hashes、 Sets 及Sorted Sets 等数据类型操作。

Strings 字符串型
Lists 列表型
Hashes 哈希（散列）
Sets 无序集合
Sorted Sets 有序集合（或称zsets）

（redis也可以做消息队列，可以通过Sorted Sets实现）

（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。（支持事务，所有操作都作为事务）

（5）支持数据备份：即 master-salve 模式的数据备份。（支持主从复制）

Redis缺点

缓存和数据库双写一致性问题
缓存雪崩问题
缓存击穿问题
缓存的并发竞争问题

3. redis运行速度快的原因

Redis是基于内存的，绝大部分请求都是内存操作，十分的迅速。
Redis具有高效的底层数据结构，为优化内存，对每种类型基本都有两种底层实现方式。

主要执行过程是单线程，避免了不必要的上下文切换和资源竞争，不存在多线程导致的CPU切换和锁的问题。

IO多路复用机制：使其在网络IO操作中能并发处理大量的客户端请求从而实现高吞吐率。

IO多路复用机制是指一个线程处理多个IO流，也就是常说的select/epoll机制。在Redis运行单线程的情况下，该机制允许内核中同时存在多个监听套接字和已连接套接字。内核会一直监听这些套接字上的连接请求或数据请求。一旦有请求到达，就会交给Redis线程处理，这就实现了一个Redis线程处理多个IO流的效果，进而提升并发性。

4.redis和memcached比较

四、redis的安装配置

---------------------- Redis 安装部署 ----------------------------------------
//环境准备
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

#修改内核参数
vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048

sysctl -p


//安装redis
yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf /opt/redis-7.0.9.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-7.0.9
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#由于Redis源码包中直接提供了 Makefile 文件，所以在解压完软件包后，不用先执行 ./configure 进行配置，可直接执行 make 与 make install 命令进行安装。

#创建redis工作目录
mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}

cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/conf/

useradd -M -s /sbin/nologin redis
chown -R redis.redis /usr/local/redis/

#环境变量
vim /etc/profile 
PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin		#增加一行

source /etc/profile


//修改配置文件
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


//定义systemd服务管理脚本
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

#启动服务
systemctl start redis-server
systemctl enable redis-server

netstat -lntp | grep 6379

五、redis的命令工具

1.redis-cli 命令行工具


-----redis-cli 命令行工具-----
语法：redis-cli -h host -p port [-a password]
-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

redis-cli -h 192.168.190.10 -p 6379 -a 'abc123'

2.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]。
-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<numreq>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 192.168.190.10、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
redis-benchmark -h 192.168.190.10 -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 192.168.190.10 -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

1) 并发连接与100000 个请求处理性能测试

redis-benchmark -h 192.168.190.10 -p 6379 -c 100 -n 100000 -a abc123

2）数据包的存取的性能测试

 redis-benchmark -h 192.168.190.10 -p 6379 -q -d 100 -a abc123

3）键值对的创建速度测试

 redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q

六、redis的简单操作

1.redis键值对的存取

 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

2.redis键值列表的获取

键值的设置：

192.168.190.10:6379> set v1 1
OK
192.168.190.10:6379> set v2 2
OK
192.168.190.10:6379> set v3 4
OK
192.168.190.10:6379> set k1 5
OK
192.168.190.10:6379> set k2 6
OK
192.168.190.10:6379> set k3 7
OK
192.168.190.10:6379> set k4 8
OK

获取全部列表

3. 获取以某字符为开头任意长度的键

keys v*
keys k*

4.获取以某字符为开头，后面为指定长度的键

添加测试数据：

 exists  键   
 
#返回结果 为0 则为不存在，返回为1即为存在

keys v?
keys v??
keys v???
keys v????

5.判断键是否存在

 exists  键   
 
#返回结果 为0 则为不存在，返回为1即为存在

6.删除键

del 键

7 .查看键存储的数据类型

type 键

8.rename 重命名

使用rename命令进行重命名时，无论目标key是否存在都会进行重命名，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。

命令格式： rename 源key 目标key

9. renamenx 重命名

——会检查目标键名是否已存在

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）

renamenx  源key 目标key

10.dbsize查看键数目

dbsize

11.设置和清空密码

设置和查看密码

#设置redis的登录密码
config set requirepass password
#查看redis的密码
config get requirepass

清空密码

#清空密码
 
config set requirepass ''

七、Redis多数据库操作

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。

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。

多数据库相互独立，互不干扰。

1. 多数据库间切换select

 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。
 127.0.0.1:6379>select 10      #切换至序号为10的数据库
 
 127.0.0.1:6379[10]>select 15  #切换至序号为15的数据库
 
 127.0.0.1:6379[15]>select 0   #切换至序号为0的数据库
 
 127.0.0.1:6379[0]>

2. 多数据库间移动数据

move 键值 序号（库的序号）

3.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，

八、redis的常见错误与解决方案

1.redis常见运维故障

使用 keys* 把库堵死。——建议使用别名把这个命令改名。
超过内存使用后,部分数据被删除。——这个有删除策略的,选择适合自己的即可。
没开持久化，却重启了实例,数据全掉。——记得非缓存的信息需要打开持久化。
RDB的持久化需要 Vm.overcommit_memory=1 ，否则会持久化失败。
没有持久化情况下,主从,主重启太快,从还没认为主挂的情况下,从会清空自己的数据，人为重启主节点前,先关闭从节点的同步。

2. Redis故障排查

结合Redis 监控查看QPS、缓存命中率、内存使用率等信息。
确认机器层面的资源是否有异常。
故障时及时上机，使用 redis-cli monitor 打印出操作日志，然后分析（事后分析此条失效）。
和研发沟通，确认是否有大Key在堵塞（大Key也可以在日常的巡检中获得）和组内同事沟通，确实是否有误操作。
和运维同事、研发一起排查流量是否正常，是否存在被刷的情况。

NOSQL——redis的安装，配置与简单操作