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一、NoSQL非关系型数据库
1.NoSQL概述
NoSQL (Not Only 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、Memcached、ElasticSearch、TSD等。
2.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。
SQL数据库天然就是表格式的，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。
NoSQL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。
（2）扩展方式不同
关系型和非关系型数据库最大的差别是在扩展方式上，要支持日益增长的需求当然要扩展。
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。
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。
（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。
3.非关系型数据库使用场景
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)。
- High performance——对数据库高并发读写需求；
- Huge Storage——对海量数据高效存储与访问需求；
- High Scalability and 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：
关系型数据库关注在关系和对数据的一致性保障上；
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。
二、Redis概述
1.简介
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(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主进程的执行效率。
2.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：支持 key-value、Strings、Lists、Hashes、Sets 及 Sorted Sets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：即支持 master-salve 模式的数据备份。
3.Redis读写快的原因
Redis基于内存运行，避免了磁盘I/O等耗时操作。
Redis命令处理的核心模块为单线程，减少了锁竞争，以及频繁创建线程和销毁线程的代价，减少了线程上下文切换的消耗。
注：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。
采用了I/O多路复用机制，减少网络I/O消耗，大大提升了并发效率。
4.适用场景
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。
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。
三、Redis安装配置
#将安装包放在/opt下
cd /opt
tar xf redis-5.0.7.tar.gz
cd redis-5.0.7/
#编译
make
#安装到指定目录
make install PREFIX=/usr/local/redis
还需要到安装包中的utils/下，执行install_server.sh
再在配置文件/etc/redis/6379.conf中修改监听地址
四、Redis的使用
| 工具 | 作用 |
|---|---|
| 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 |
1.命令行工具redis-cli（登录）
2.测试工具redis-benchmark（测试）
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代表keep alive保持连接 ；0代表reconnect重连
-r SET、GET、INCR 使用随机key ；SADD使用随机值
-P 通过管道传输<numreg>请求
-q 强制退出redis 仅显示query/sec值
--csv 以CSV格式（，分割字段的文本）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192.168.109.133、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 192.168.116.10 -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 192.168.116.10 -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
3.redis命令的使用
（1）存入键值对
SET 键 值
（2）获取键的值
GET 键
（3）判断键的数据类型（redis默认数据类型为string）
TYPE 键
Redis中的五大数据类型
| 名称 | 类型 |
|---|---|
| String | 字符串 |
| List | 列表 |
| Hash | 散列 |
| Set | 无序集合 |
| Sorted Set | 有序集合 |
（4）查看键
KEYS * 查看所有键
KEYS 通配符 查看通配符匹配的指定键
（5）判断键是否存在
EXISTS 键
（6）删除键
DEL 键
（7）修改键名
RENAME 原键名 新键名
若要更改的新键名已存在，则会覆盖此键名的值（建议改名前先exists一下）或使用：
RENAMENX 原键名 新键名 //修改前判断新键名是否存在，存在则返回0，不存在则返回1并执行修改
（8）统计键数量
DBSIZE
（9）设置密码
CONFIG SET REQUIREPASS 密码
AUTH 密码 登入后做验证
（10）查看当前密码
CONFIG GET REQUIREPASS
（11）删除密码
CONFIG SET REQUIREPASS ''
4.Redis多库常用命令
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（默认登入是0号数据库）。多数据库相互独立，互不干扰。
（1）切换数据库
SELECT 库号
（2） 将数据移动到指定库
MOVE 键 库号
五、Redis性能管理
1.查看内存使用
info memory
mem fragmentation _ratio #内存碎片率 = used memory_rss / used memoryused
memory _rss #是Redis向操作系统申请的内存。
used memory #是Redis中的数据占用的内存。
used memory peak # redis内存使用的峰值。
2.清理内存碎片
（1）内存碎片如何产生
Redis内部有自己的内存管理器，为了提高内存使用的效率，来对内存的申请和释放进行管理。
Redis中的值删除的时候，并没有把内存直接释放，交还给操作系统，而是交给了Redis内部有内存管理器。
Redis中申请内存的时候，也是先看自己的内存管理器中是否有足够的内存可用。
Redis的这种机制，提高了内存的使用率，但是会使Redis中有部分自己没在用，却不释放的内存，导致了内存碎片的发生。
（2）内存碎片率
跟踪内存碎片率对理解Redis实例的资源性能是非常重要的
- 内存碎片率在1到1.5之间是正常的，这个值表示内存碎片率比较低，也说明Redis没有发生内存交换。
- 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。
- 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。
（3）清理内存碎片
Redis版本4.0以下
需要在 redis-cli工具上输入shutdown save 命令，让Redis数据库执行保存操作并关闭Redis服务，再重启服务器。Redis服务器重启后，Redis会将没用的内存归还给操作系统，碎片率会降下来。
Redis4.0版本以上
执行 config set activedefrag yes，开启自动碎片清理；
执行 memory purge，手动碎片清理。
3.内存使用率
redis实例的内存使用率超过可用最大内存，操作系统将开始进行内存与swap空间交换，导致性能大大降低。
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TTL生命周期（setex 键名 时间(s) 值）
4.内回收key
内存清理策略，保证合理分配redis有限的内存资源。默认情况下回收策略是禁止删除，当达到设置的最大阀值时，需选择一种key的回收策略。
配置文件中修改maxmemory-policy属性值
| volatile-lru | 使用LRU算法从已设置过期时间的数据集合中淘汰数据（移除最近最少使用的key，针对设置了TTL的key） |
| volatile-ttl | 从已设置过期时间的数据集合中挑选即将过期的数据淘汰（移除最近过期的key） |
| volatile-random | 从已设置过期时间的数据集合中随机挑选数据淘汰（在设置了TTL的key里随机移除） |
| allkeys-lru | 使用LRU算法从所有数据集合中淘汰数据（移除最少使用的key，针对所有的key） |
| allkeys-random | 从数据集合中任意选择数据淘汰（随机移除key) |
| noenviction | 禁止淘汰数据（不删除直到写满报错） |