Redis

1. NoSQL的引言

NoSQL（Not Only SQL），即不仅仅是SQL，泛指非关系型数据库。NoSQL这个技术门类，早期就有人提出，发展至2009年趋势越发高涨。

2. 为什么是NoSQL

随着互联网网站的兴起，传统的关系数据库在应付动态网站，特别是超大规模和高并发的纯动态网站已经显得力不从心，暴露了很多难以克服的问题。如商城网站中对商品数据频繁查询、对热搜商品的排行统计、订单超时问题、以及微信朋友圈（音频，视频）存储等相关使用传统的关系型数据库实现就显得非常复杂，虽然能实现相应功能但是在性能上却不是那么乐观。nosql这个技术门类的出现，更好的解决了这些问题，它告诉了世界不仅仅是sql。

3. NoSQL的四大分类

3.1 键值（key-value）存储数据库

# 1.说明: 
- 这一类数据库主要会使用到一个哈希表，这个表中有一个特定的键和一个指针指向特定的数据。
# 2.特点
- Key/value模型对于IT系统来说的优势在于简单、易部署。  
- 但是如果DBA只对部分值进行查询或更新的时候，Key/value就显得效率低下了。
# 3.相关产品
- Tokyo Cabinet/Tyrant,
- Redis
- SSDB
- Voldemort 
- Oracle BDB

3.2 列存储数据库

# 1.说明
- 这部分数据库通常是用来应对分布式存储的海量数据。
# 2.特点
- 键仍然存在，但是它们的特点是指向了多个列。这些列是由列家族来安排的。
# 3.相关产品
- Cassandra、HBase、Riak.

3.3 文档型数据库

# 1.说明
- 文档型数据库的灵感是来自于Lotus Notes办公软件的，而且它同第一种键值存储相类似该类型的数据模型是版本化的文档，半结构化的文档以特定的格式存储，比如JSON。文档型数据库可 以看作是键值数据库的升级版，允许之间嵌套键值。而且文档型数据库比键值数据库的查询效率更高
# 2.特点
- 以文档形式存储
# 3.相关产品
- MongoDB、CouchDB、 MongoDb(4.x). 国内也有文档型数据库SequoiaDB，已经开源。

3.4 图形(Graph)数据库

# 1.说明
- 图形结构的数据库同其他行列以及刚性结构的SQL数据库不同，它是使用灵活的图形模型，并且能够扩展到多个服务器上。
- NoSQL数据库没有标准的查询语言(SQL)，因此进行数据库查询需要制定数据模型。许多NoSQL数据库都有REST式的数据接口或者查询API。
# 2.特点
# 3.相关产品
- Neo4J、InfoGrid、 Infinite Graph、

4. NoSQL应用场景

• 数据模型比较简单
• 需要灵活性更强的IT系统
• 对数据库性能要求较高
• 不需要高度的数据一致性

5. 什么是Redis

Redis 是一种开源（BSD 许可）、内存中数据结构存储，用作数据库、缓存和消息代理。

• 总结: redis是一个内存型的数据库

6. Redis特点

• Redis是一个高性能key/value内存型数据库
• Redis支持丰富的数据类型（String，List，Set，ZSet，Hash） （Memcache： “” Object）
• Redis支持持久化 ，内存数据持久化到硬盘种
• Redis单线程,单进程 （不存在线程安全问题，所以可以做分布式锁）

7. Redis安装

7.1 安装C语言环境

yum install centos-release-scl scl-utils-build
yum install -y devtoolset-8-toolchain
scl enable devtoolset-8 bash

7.2 测试gcc版本

7.3 下载安装redis包

8. Redis数据库相关指令

8.1 数据库操作指令

# 1.Redis中库说明
- 使用redis的默认配置器动redis服务后,默认会存在16个库,编号从0-15
- 可以使用select 库的编号 来选择一个redis的库
# 2.Redis中操作库的指令
- 清空当前的库  FLUSHDB
- 清空全部的库  FLUSHALL
# 3.redis客户端显示中文
-    ./redis-cli  -p 7000 --raw

8.2 操作key相关指令

# 1.DEL指令
- 语法 :  DEL key [key ...] 
- 作用 :  删除给定的一个或多个key 。不存在的key 会被忽略。
- 可用版本： >= 1.0.0
- 返回值： 被删除key 的数量。 
# 2.EXISTS指令
- 语法:  EXISTS key
- 作用:  检查给定key 是否存在。
- 可用版本： >= 1.0.0
- 返回值： 若key 存在，返回1 ，否则返回0。
# 3.EXPIRE
- 语法:  EXPIRE key seconds
- 作用:  为给定key 设置生存时间，当key 过期时(生存时间为0 )，它会被自动删除。
- 可用版本： >= 1.0.0
- 时间复杂度： O(1)
- 返回值：设置成功返回1 。
# 4.KEYS
- 语法 :  KEYS pattern
- 作用 :  查找所有符合给定模式pattern 的key 。
- 语法:
    KEYS * 匹配数据库中所有key 。
    KEYS h?llo 匹配hello ，hallo 和hxllo 等。
    KEYS h*llo 匹配hllo 和heeeeello 等。
    KEYS h[ae]llo 匹配hello 和hallo ，但不匹配hillo 。特殊符号用 "\" 隔开
- 可用版本： >= 1.0.0
- 返回值： 符合给定模式的key 列表。
# 5.MOVE
- 语法 :  MOVE key db
- 作用 :  将当前数据库的key 移动到给定的数据库db 当中。
- 可用版本： >= 1.0.0
- 返回值： 移动成功返回1 ，失败则返回0 。
# 6.PEXPIRE
- 语法 :  PEXPIRE key milliseconds
- 作用 :  这个命令和EXPIRE 命令的作用类似，但是它以毫秒为单位设置key 的生存时间，而不像EXPIRE 命令那样，以秒为单位。
- 可用版本： >= 2.6.0
- 时间复杂度： O(1)
- 返回值：设置成功，返回1  key 不存在或设置失败，返回0
# 7.PEXPIREAT
- 语法 :  PEXPIREAT key milliseconds-timestamp
- 作用 :  这个命令和EXPIREAT 命令类似，但它以毫秒为单位设置key 的过期unix 时间戳，而不是像EXPIREAT那样，以秒为单位。
- 可用版本： >= 2.6.0
- 返回值：如果生存时间设置成功，返回1 。当key 不存在或没办法设置生存时间时，返回0 。(查看EXPIRE 命令获取更多信息)
# 8.TTL
- 语法 :   TTL key
- 作用 :   以秒为单位，返回给定key 的剩余生存时间(TTL, time to live)。
- 可用版本： >= 1.0.0
- 返回值：
    当key 不存在时，返回-2 。
    当key 存在但没有设置剩余生存时间时，返回-1 。
    否则，以秒为单位，返回key 的剩余生存时间。
- Note : 在Redis 2.8 以前，当key 不存在，或者key 没有设置剩余生存时间时，命令都返回-1 。
# 9.PTTL
- 语法 :  PTTL key
- 作用 :  这个命令类似于TTL 命令，但它以毫秒为单位返回key 的剩余生存时间，而不是像TTL 命令那样，以秒为单位。
- 可用版本： >= 2.6.0
- 返回值： 当key 不存在时，返回-2 。当key 存在但没有设置剩余生存时间时，返回-1 。
- 否则，以毫秒为单位，返回key 的剩余生存时间。
- 注意 : 在Redis 2.8 以前，当key 不存在，或者key 没有设置剩余生存时间时，命令都返回-1 。
# 10.RANDOMKEY
- 语法 :  RANDOMKEY
- 作用 :  从当前数据库中随机返回(不删除) 一个key 。
- 可用版本： >= 1.0.0
- 返回值：当数据库不为空时，返回一个key 。当数据库为空时，返回nil 。
# 11.RENAME
- 语法 :  RENAME key newkey
- 作用 :  将key 改名为newkey 。当key 和newkey 相同，或者key 不存在时，返回一个错误。当newkey 已经存在时，RENAME 命令将覆盖旧值。
- 可用版本： >= 1.0.0
- 返回值： 改名成功时提示OK ，失败时候返回一个错误。
# 12.TYPE
- 语法 :  TYPE key
- 作用 :  返回key 所储存的值的类型。
- 可用版本： >= 1.0.0
- 返回值：
    none (key 不存在)
    string (字符串)
    list (列表)
    set (集合)
    zset (有序集)
    hash (哈希表)

8.3 String类型

8.3.1 内存存储模型

8.3.2 常用操作命令

8.4 List类型

list 列表 相当于java中list 集合 特点 元素有序 且 可以重复

8.4.1 内存存储模型

8.4.2 常用操作指令

8.3 Set类型

特点: Set类型 Set集合 元素无序 不可以重复

8.3.1 内存存储模型

8.3.2 常用命令

8.4 ZSet类型

特点：可排序的set集合 排序 不可重复 ZSET：官方 了排序SET sortSet

8.4.1 内存模型

8.4.2 常用命令

8.5 hash类型

8.5.1 内存模型

8.5.2 常用命令

9. 持久化机制

client redis[内存] ——> 内存数据 数据持久化——> 磁盘 Redis官方提供了两种不同的持久化方法来将数据存储到硬盘里面分别是：

• 快照（Snapshop）
• AOF（Append Only File）之追加日志文件

9.1 快照

9.1.1 特点

这种方式可以将某一时刻的所有数据都写入硬盘中，当然这也是redis的默认开启的持久化方式，保存的文件是以.rdb形式结尾的文件因此这种方式也称之为RDB方式。

9.1.2 快照生成方式

• 客户端方式：BGSAVE和SAVE指令
• 服务器配置自动触发

# 1.客户端方式之BGSAVE
- a.客户端可以使用BGSAVE命令来创建一个快照,当接收到客户端的BGSAVE命令时,redis会调用fork¹来创建一个子进程,然后子进程负责将快照写入磁盘中,而父进程则继续处理命令请求。
    `名词解释: fork当一个进程创建子进程的时候,底层的操作系统会创建该进程的一个副本,在类unix系统中创建子进程的操作会进行优化:
 在刚开始的时候,父子进程共享相同内存,直到父进程或子进程对内存进行了写之后,对被写入的内存的共享才会结束服务`

# 2.客户端方式之SAVE
- b.客户端还可以使用SAVE命令来创建一个快照,接收到SAVE命令的redis服务器在快照创建完毕之前将不再响应任何其他的命令

• 注意: SAVE命令并不常用,使用SAVE命令在快照创建完毕之前,redis处于阻塞状态,无法对外服务

# 3.服务器配置方式之满足配置自动触发
如果用户在redis.conf中设置了save配置选项,redis会在save选项条件满足之后自动触发一次BGSAVE命令,如果设置多个save配置选项,
当任意一个save配置选项条件满足,redis也会触发一次BGSAVE命令

这里的意思：如果一小时之内，至少一个Key发生变化那么做一次快照；如果5分钟内100个Keys发生变化，那么做一次快照；如果一分钟内至少10000个Keys发生变化，那么做一次快照；

# 4.服务器接收客户端shutdown指令
- 当redis通过shutdown指令接收到关闭服务器的请求时,会执行一个save命令,阻塞所有的客户端,不再执行客户端执行发送的任何命令,并且在save命令执行完毕之后关闭服务器

9.1.3 配置生成快照名称和位置

#1.修改生成快照名称
- dbfilename dump.rdb
# 2.修改生成位置
- dir ./

9.2 AOF只追加日志文件

9.2.1 特点

这种方式可以将所有客户端执行的写命令记录到日志文件中,AOF持久化会将被执行的写命令写到AOF的文件末尾,以此来记录数据发生的变化,因此只要redis从头到尾执行一次AOF文件所包含的所有写命令,就可以恢复AOF文件的记录的数据集。

9.2.2 开启AOF持久化

在redis的默认配置中AOF持久化机制是没有开启的，需要在配置中开启

# 1.开启AOF持久化
- a.修改 appendonly yes 开启持久化
- b.修改 appendfilename "appendonly.aof" 指定生成文件名称

9.2.3 日志追加频率

# 1.always 【谨慎使用】
- 说明: 每个redis写命令都要同步写入硬盘,严重降低redis速度
- 解释: 如果用户使用了always选项,那么每个redis写命令都会被写入硬盘,从而将发生系统崩溃时出现的数据丢失减到最少;遗憾的是,因为这种同步策略需要对硬盘进行大量的写入操作,所以redis处理命令的速度会受到硬盘性能的限制;
- 注意: 转盘式硬盘在这种频率下200左右个命令/s ; 固态硬盘(SSD) 几百万个命令/s;
- 警告: 使用SSD用户请谨慎使用always选项,这种模式不断写入少量数据的做法有可能会引发严重的写入放大问题,导致将固态硬盘的寿命从原来的几年降低为几个月。
# 2.everysec 【推荐】
- 说明: 每秒执行一次同步显式的将多个写命令同步到磁盘
- 解释： 为了兼顾数据安全和写入性能,用户可以考虑使用everysec选项,让redis每秒一次的频率对AOF文件进行同步;redis每秒同步一次AOF文件时性能和不使用任何持久化特性时的性能相差无几,而通过每秒同步一次AOF文件,redis可以保证,即使系统崩溃,用户最多丢失一秒之内产生的数据。
# 3.no    【不推荐】
- 说明: 由操作系统决定何时同步 
- 解释：最后使用no选项,将完全有操作系统决定什么时候同步AOF日志文件,这个选项不会对redis性能带来影响但是系统崩溃时,会丢失不定数量的数据,另外如果用户硬盘处理写入操作不够快的话,当缓冲区被等待写入硬盘数据填满时,redis会处于阻塞状态,并导致redis的处理命令请求的速度变慢。

9.2.4 修改同步频率

# 1.修改日志同步频率
- 修改appendfsync everysec|always|no 指定

9.3 AOF文件的重写

9.3.1 AOF带来的问题

AOF的方式也同时带来了另一个问题。持久化文件会变的越来越大。例如我们调用incr test命令100次，文件中必须保存全部的100条命令，其实有99条都是多余的。因为要恢复数据库的状态其实文件中保存一条set test 100就够了。为了压缩aof的持久化文件Redis提供了AOF重写(ReWriter)机制。

9.3.2 AOF重写

用来在一定程度上减小AOF文件的体积

9.3.3 触发重写方式

# 1.客户端方式触发重写
- 执行BGREWRITEAOF命令  不会阻塞redis的服务
# 2.服务器配置方式自动触发
- 配置redis.conf中的auto-aof-rewrite-percentage选项 参加下图↓↓↓
- 如果设置auto-aof-rewrite-percentage值为100和auto-aof-rewrite-min-size 64mb,并且启用的AOF持久化时,那么当AOF文件体积大于64M,并且AOF文件的体积比上一次重写之后体积大了至少一倍(100%)时,会自动触发,如果重写过于频繁,用户可以考虑将auto-aof-rewrite-percentage设置为更大

9.3.4 重写原理

重写aof文件的操作，并没有读取旧的aof文件，而是将整个内存中的数据库内容用命令的方式重写了一个新的aof文件,替换原有的文件这点和快照有点类似。

# 重写流程
- 1. redis调用fork ，现在有父子两个进程 子进程根据内存中的数据库快照，往临时文件中写入重建数据库状态的命令
- 2. 父进程继续处理client请求，除了把写命令写入到原来的aof文件中。同时把收到的写命令缓存起来。这样就能保证如果子进程重写失败的话并不会出问题。
- 3. 当子进程把快照内容写入已命令方式写到临时文件中后，子进程发信号通知父进程。然后父进程把缓存的写命令也写入到临时文件。
- 4. 现在父进程可以使用临时文件替换老的aof文件，并重命名，后面收到的写命令也开始往新的aof文件中追加。

9.4 持久化总结

• 两种持久化方案既可以同时使用(aof),又可以单独使用,在某种情况下也可以都不使用,具体使用那种持久化方案取决于用户的数据和应用决定。
• 无论使用AOF还是快照机制持久化,将数据持久化到硬盘都是有必要的,除了持久化外,用户还应该对持久化的文件进行备份(最好备份在多个不同地方)。

10. Java操作Redis

10.1 环境准备

10.1.1 引入依赖

<dependency>
   <groupId>redis.clients</groupId>
   <artifactId>jedis</artifactId>
   <version>3.3.0</version>
</dependency>

10.1.2 创建jedis对象

public static void main(String[] args) {
    //1.创建jedis对象
    Jedis jedis = new Jedis("192.168.40.4", 6379);//1.redis服务必须关闭防火墙  2.redis服务必须开启远程连接
    jedis.select(0);//选择操作的库默认0号库
    //2.执行相关操作
    //....
    //3.释放资源
    jedis.close();
 }

10.2 操作key相关api

public class JedisDemo02 {
    private Jedis jedis;
    @Before
    public void before(){
        jedis = new Jedis("localhost",6379);
    }
    //测试key相关
    @Test
    public void testKeys(){
        //删除一个key
        jedis.del("name");
        //删除多个key
        jedis.del("name","age");
        //判断一个key是否存在
        Boolean name = jedis.exists("name");
        //设置一个key超时时间
        Long age = jedis.expire("age", 100);
        Long name1 = jedis.expireAt("name", 1000);
        //查看一个key超时时间ttl
        Long age1 = jedis.ttl("age");
        //随机获取一个Key
        String s = jedis.randomKey();
        //修改key名称
        String rename = jedis.rename("name", "newName");
        //查看key对应值的类型
        String name2 = jedis.type("name");
    }
}

10.3 操作String相关API

public class JedisDemo03 {
    private Jedis jedis;
    @Before
    public void before() {
        jedis = new Jedis("localhost", 6379);
    }
    //测试String相关
    @Test
    public void testString() {
        //set
        jedis.set("s1", "小刘");
        //get
        jedis.get("s1");
        //mset
        jedis.mset("content", "好人", "address", "hangzhou");
        //mget
        List<String> mget = jedis.mget("s1", "content", "address");
        //getset
        jedis.getSet("name", "晓峰");
    }
}

10.4 操作List相关API

public class JedisDemo04 {
    private Jedis jedis;
    @Before
    public void before() {
        jedis = new Jedis("localhost", 6379);
    }
    //测试List相关
    @Test
    public void testList() {
        //lpush
        jedis.lpush("names1", "a", "b", "c", "d");
        //rpush
        jedis.rpush("names1", "e");
        //lrange
        List<String> name1 = jedis.lrange("names1", 0, -1);
        System.out.println(name1);
        name1.forEach(name -> System.out.println("name = " + name));
        //lpop rpop
        String names1 = jedis.lpop("names1");
        //llen
        Long len = jedis.llen("names1");
        //lset
        jedis.lset("names1", 0, "aa");
        //linsert
        jedis.linsert("names1", ListPosition.BEFORE, "b", "ab");
    }
}

10.5 操作Set相关API

10.6 操作ZSet相关API

10.7 操作Hash相关API

11. SpringBoot整合Redis

Spring Boot Data(数据) Redis 中提供了RedisTemplate和StringRedisTemplate，其中StringRedisTemplate是RedisTemplate的子类，两个方法基本一致，不同之处主要体现在操作的数据类型不同，RedisTemplate中的两个泛型都是Object，意味着存储的key和value都可以是一个对象，而StringRedisTemplate的两个泛型都是String，意味着StringRedisTemplate的key和value都只能是字符串。

注意：使用RedisTemplate默认是将对象序列化到Redis中，所以放入的对象必须实现对象序列化接口。

11.1 环境准备

11.1.1 引入依赖

<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

11.1.2 配置

#redis服务器地址
spring.redis.host=127.0.0.1
#redis端口号
spring.redis.port=6379
#redis数据库索引
spring.redis.database=0
#连接超时时间
spring.redis.timeout=1800000
#连接池最大连接数（使用负值表示没有限制）
spring.redis.lettuce.pool.max-active=20
#最大阻塞等待时间（使用负值表示没有限制）
spring.redis.lettuce.pool.max-wait=-1
#连接池中的最大空闲连接
spring.redis.lettuce.pool.max-idle=5
#连接池中的最小空闲连接
spring.redis.lettuce.pool.min-idle=0

11.2 使用StringRedisTemplate和RedisTemplate