NoSQL——非关系型数据库——Redis
前言
一、关系数据库与非关系型数据库
1. 关系型数据库
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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。
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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。
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主流的关系型数据库包括Oracle、MySQL(mariadb)、SQL Server、Microsoft Access、DB2等。
2. 非关系型数据库
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NoSQL (NoSQL=NotOnlySQL)，意思是“不仅仅是SQL”，是非关系型数据库的总称。
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除了主流的关系型数据库外的数据库，都认为是非关系型。
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主流的 NoSQL 数据库有Redis、 MongoDB、 Hbase、 Memcached、Postgresql等。
3. 关系型数据库和非关系型数据库区别
3.1 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。
① 关系型：依赖于关系模型E-R图，同时以二维表格式的方式存储数据
② 非关系型：除了以表格形式存储之外，通常会以大块的形式组合在一起进行存储数据
3.2 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。
① 关系：纵向（天然表格式）
② 非关：横向（天然分布式）
3.3 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最佳选择。SQL数据库支持对事务(ACID)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。
① 关系型：特别适合高事务性要求和需要控制执行计划的任务
② 非关系：此处会稍显弱势，其价值点在于高扩展性和大数据量处理方面
4. 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 HugeStorage--------------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。
Mysql 高热数据——》redis
web ——》redis ——》mysql
CPU——》内存/缓存 ——》磁盘
二、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(支持存储在磁盘)，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
- Redis服务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。
建议可以开2个进程
原因：
1、备份
2、抗高并发的同时尽量不给CPU造成太大的压力
- 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。
单进程快速的原因：
PS ： 补充加深一点
使用 epoll（默认） + I/O多路复用机制
首先，Redis 是跑在单进程中的，所有的操作都是按照顺序线性执行的，但是由于读写操作等待用户输入或输出都是阻塞的，所以 I/O 操作在一般情况下往往不能直接返回，这会导致某一文件的 I/O 阻塞导致整个进程无法对其它客户提供服务，而 I/O 多路复用就是为了解决这个问题而出现的。
epoll 机制优势：
- epoll 没有最大并发连接的限制，上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于 2048, 一般来说这个数目和系统内存关系很大 ，具体数目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看。
- 效率提升， Epoll 最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接 ，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中， Epoll 的效率就会远远高于 select 和 poll 。
- 内存拷贝， Epoll 在这点上使用了“共享内存 ”，这个内存拷贝也省略了
I/O多路复用就通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪，能够通知程序进行相应的操作。
epoll模型所实现的I/O多路复用可以定义为如下：
socket 1 —>
socket 2 —> I/O多路复用程序 --》文件事件分派器（从队列中获取，再分发给对应处理器）–》命令处理、请求、连接应答等处理器
socket 3 —>
多个socket 会定义为一个fd文件描述符（每有一个新建、打开、修改等“事件”内核就会返回一个fd（可理解为索引）），在每个fd激活时，会进行内核中的回调函数
I/O多路复用程序会监听socket 活跃的链接，然后调用该socket （而此socket 文件句柄主要实现的是网络上的“ip+port+协议所标识的网络中的‘进程’”）可以简单理解为虚拟接口（抽象层）
本质而言就是使用一个线程来追踪多个socket（I/O流）的状态，来管理多个I/O
I/O复用：一个线程同时追踪、管理多个连接（原本默认情况下是一个线程对应一个连接）
回调：预先定义具体的执行过程（定义一个方法） ，等待调用，在一个线程给执行时，可以根据“触发器”“钩子” 完成回调，回调的目的
是提高处理性能 和节省资源
1. Redis 优点
redis 特性（与其他nosql对比）
- 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：支持key-value、 Strings、Lists、 Hashes（散列值）、 Sets 及Ordered Sets 等数据类型操作。
ps:
string 字符串（可以为整形、浮点和字符型，统称为元素）
list 列表：（实现队列，元素不唯一，先入先出原则）
set 集合：（各不相同的元素）
hash hash散列值：（hash的key必须是唯一的）
set /ordered sets 集合/有序集合
- 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。
丰富的特性 – Redis还支持 publish（消息发布）/subscribe（订阅）, 通知, 设置key有效期等等特性。
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。
支持key-value、 Strings、Lists、 Hashes（散列值）、 Sets 及Ordered Sets 等数据类型操作。
三、编译部署
1. Redis安装部署
systemctl stop firewalld
setenforce 0
yum install -y gcc gcc-c++ make
yum repolist
重新yum
yum install -y gcc*
#将redis-5.0.7.tar.gz 压缩包上传到/opt 目录中
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-5.0.7/
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
#执行软件包提供的 install_server.sh 脚本文件设置Redis服务所需要的相关配置文件
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
....... #一直回车.
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server
#需要手动修改为 /usr/local/redis/bin/redis-server 注意要一次性正确输入
-------------------------------------------------------------------------------------
Selected config:
Port : 6379 #默认侦听端口为6379
Config file : /etc/redis/6379.conf #配置文件路径
Log file : /var/log/redis_6379.log #日志文件路径
Data dir : /var/lib/ redis/6379 #数据文件路径
Executable : /usr/local/redis/bin/redis-server #可执行文件路径
Cli Executable : /usr/local/redis/bin/redis-cli #客户端命令工具
-------------------------------------------------------------------------------------
#把redis的可执行程序文件放入路径环境变量的目录中便于系统识别
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
#当install_server.sh 脚本运行完毕，Redis 服务就已经启动，默认侦听端口为6379
netstat -natp | grep redis
#Redis服务控制
/etc/init.d/redis_6379 stop #停止
/etc/init.d/redis_6379 start #启动
/etc/init.d/redis_6379 restart #重启
/etc/init.d/redis_6379 status #状态
#修改配置 /etc/redis/6379.conf 参数
vim /etc/redis/6379.conf
bind 127.0.0.1 192.168.226.129 #70行，添加监听的主机地址
port 6379 #93行，Redis默认的监听端口
daemonize yes #137行，启用守护进程
pidfile /var/run/redis_6379.pid #159行，指定PID文件
loglevel notice #167行，日志级别
logfile /var/log/redis_6379.log #172行，指定日志文件
/etc/init.d/redis_6379 restart
代码如下（示例）：
data = pd.read_csv(
'https://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/1283/adult.data.csv')
print(data.head())
2. 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
rdb 和aof 是redis服务中持久化功能的两种形式RDB AOF
redis-cli 常用于登陆至redis 数据库
3. redis-cli 命令行工具（远程登陆）
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 192.168.237.123 -p 6379
4. 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（套接字）
-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192.168.237.123、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 192.168.237.123 -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 192.168.237.123 -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
#测试本机上Redis 服务在进行set与lpush操作时的性能