Redis之初探

Redis是什么

• Redis是一个开源，内存存储的数据结构服务器，可用作数据库，高速缓存和消息队列代理。
• Key-Value格式的缓存和存储服务器；
• 数据结构服务器，它支持字符串、哈希表、列表、集合、有序集合，位图，hyperloglogs等数据类型;
• 所有数据集必须在内存中使用,磁盘是用来持久数据的。
• 是一种NoSQL数据库

Redis和Memcached的比较

• 性能和用途：Memcached优先考虑高性能和特殊响应时间，适用于简单缓存任务；Redis提供相当的性能，支持更高级的使用案例，包括异步和非阻塞I/O操作。
• 数据结构和功能：Redis支持更丰富的数据操作，而Memcached只是单一key-value内存Cache。
• 可靠性和持久化：Redis对可靠性要求较高，支持数据持久化，而Memcached只是内存缓存，对可靠性无要求。
• 集群模式：Redis原生支持集群模式，而Memcached需要依靠客户端来实现集群。
• 性能对比：Redis在存储小数据时比Memcached性能更高，但在大数据中稍有逊色。

Redis数据持久化

Redis的数据全部在内存中，如果突然宕机，数据就会全部丢失，因此必须有一种机制来保证redis的数据在发生突发状况时不会丢失、或者只丢失少量，于是必须根据一些策略来把redis内存中的数据写到磁盘中，这样当redis服务重启时，就会将硬盘中的数据恢复到内存中。Redis持久化的意义就是为了保证突然宕机，内存数据不会全部丢失。

redis有两种持久化机制
RDB和AOF。Redis4.0后支持RDB和AOF两种持久化机制混合使用，所以存在三种持久化策略。

• RDB是基于快照一次的全量备份，即周期性的把redis当前内存中的全量数据写入到一个快照文件中(周期时间可以通过配置来调整)。
• AOF(Append-only file)日志存储的是redis服务器的顺序指令序列，即对内存中数据进行修改的指令记录。当redis收到客户端修改指令后，先进行参数校验，如果校验通过，先把该指令存储到AOF日志文件中，也就是先存到磁盘，然后再执行该修改指令。

Redis是单线程还是多线程？

• Redis5及之前是单线程版本

Redis5及之前的版本使用的是单线程，也就是说只有一个 worker队列，所有的读写操作都要在这一个队列进行操作，好处是不会有线程安全问题（因为它在读写时就只有一个线程，那对于读写操作肯定没有线程安全问题啊！），但是读写 write、read 这些系统调用在Redis执行期间占用了大部分的 CPU 时间，所以这就是单线程模式的缺点。
所以也就在Redis6引入了多线程版本，接着往下看。

• Redis6开始引入多线程版本（实际上是 单线程+多线程 版本）

Redis6引入了多线程机制，但是不是说有多个worker线程同时并发读写， 而是它有 “一个 worker线程+多个IO子线程”，其实就是在 IO 就绪之后使用多线程提升读写解析数据的效率，而在 操作内存数据的时候还是用单线程。
利用这种单线程+多线程共同运作的机制，将CPU的性能显著提升了。
同时，这种机制同样不会产生线程安全问题，因为Redis在针对数据的内存操作时，是在一个公共的worker队列中实现的，先进先出，所以不会有线程安全问题。
Redis6之所以保留worker单主线程是因为单线程机制使得Redis内部实现的复杂度大大降低，而且可以保证操作的线程安全。（如果整个过程全让子线程做了，整个任务处理过程太重，就失去了原来单线程高效处理的优势了）
简单来说，就是 “请求是多线程的，但核心的内存读写操作（或者说读写计算）仍然是单线程的”。

Redis 为什么单线程还这么快?

误区1：高性能的服务器一定是多线程的!
误区2：多线程(CPU上下文会切换!)一定比单线程效率高!

• redis是将所有的数据全部放在内存中的,所以说使用单线程去操作效率就是最高的，多线程(CPU上下文会切换，耗时的操作!!!)。
• 对于内存系统来说，如果没有上下文切换效率就是最高的!多次读写都是在一个CPU上的，在内存情况下，这个就是最佳的方案!
• 一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。多线程会进行CPU上下文会切换，造成时间消耗。

安装部署

https://redis.io/
https://www.redis.net.cn/

因为Redis是C实现的，因此需要安装如下依赖,其次，有可能需要安装python3。

# yum install cpp
# yum install binutils
# yum install glibc
# yum install glibc-kernheaders
# yum install glibc-common
# yum install glibc-devel
# yum install gcc
# yum install make

# tar -zxvf  redis-7.0.15.tar.gz
# cd redis-7.0.15
# make && make install

Hint: It's a good idea to run 'make test' ;)

make[1]: 离开目录“/data/apps/redis-7.0.15/src”
cd src && make install
make[1]: 进入目录“/data/apps/redis-7.0.15/src”
    CC Makefile.dep
make[1]: 离开目录“/data/apps/redis-7.0.15/src”
make[1]: 进入目录“/data/apps/redis-7.0.15/src”

Hint: It's a good idea to run 'make test' ;)

    INSTALL redis-server
    INSTALL redis-benchmark
    INSTALL redis-cli
make[1]: 离开目录“/data/apps/redis-7.0.15/src”

• redis的默认安装路径：/usr/local/bin

[root@jgswy-pro bin]# ll
总用量 21556
-rwxr-xr-x. 1 root root  5205488 5月  28 21:03 redis-benchmark
lrwxrwxrwx. 1 root root       12 5月  28 21:03 redis-check-aof -> redis-server
lrwxrwxrwx. 1 root root       12 5月  28 21:03 redis-check-rdb -> redis-server
-rwxr-xr-x. 1 root root  5422896 5月  28 21:03 redis-cli
lrwxrwxrwx. 1 root root       12 5月  28 21:03 redis-sentinel -> redis-server
-rwxr-xr-x. 1 root root 11441032 5月  28 21:03 redis-server

• redis默认不是后台启动，需要修改配置文件可以后台启动。

# cp /data/apps/redis-7.0.15/redis.conf  /data/apps/redis-7.0.15/redis.conf.bak
# vi /data/apps/redis-7.0.15/redis.conf
daemonize yes  #守护进程，修改为yes后即可后台运行
requirepass 123321  #密码，设置后访问Redis必须输人密码

# redis-server /data/apps/redis-7.0.15/redis.conf

# ss -tul
Netid State      Recv-Q Send-Q                     Local Address:Port                                      Peer Address:Port
udp   UNCONN     0      0                              127.0.0.1:323                                                  *:*
udp   UNCONN     0      0                                  [::1]:323                                               [::]:*
tcp   LISTEN     0      128                                    *:ssh                                                  *:*
tcp   LISTEN     0      100                            127.0.0.1:smtp                                                 *:*
tcp   LISTEN     0      128                            127.0.0.1:6379                                                 *:*
tcp   LISTEN     0      128                                 [::]:ssh                                               [::]:*
tcp   LISTEN     0      128                                 [::]:hbci                                              [::]:*
tcp   LISTEN     0      100                                [::1]:smtp                                              [::]:*
tcp   LISTEN     0      128                                 [::]:9115                                              [::]:*
tcp   LISTEN     0      128                                 [::]:websm                                             [::]:*
tcp   LISTEN     0      128                                [::1]:6379                                              [::]:*
tcp   LISTEN     0      128                                 [::]:jetdirect                                         [::]:*
[root@jgswy-pro ~]#

• 其它常用配置

#监听的端口
port 6379
#工作目录，默认是当前目录，也就是运行redis-server时的命今，日志、持久化等文件会保存在这个目录
dir .
#数据库数量，设置为1，代表只使用1个库，默认有16个库，编号0~15
databases 1
#设置redis能够使用的最大内存
maxmemory 512mb
#日志文件，默认为空，不记录日志，可以指定日志文件名
logfile "redis.log"

• 测试登录库

# redis-cli -p 6379
127.0.0.1:6379> set name test
OK
127.0.0.1:6379> get name
"test"
127.0.0.1:6379>

• redis默认有16个库（0-15），默认使用的是0，可以用select进行切换。每个数据库互相隔离。

# redis-cli -p 6379
127.0.0.1:6379> SELECT 6       #切换到数据库6
OK

• 常用命令

127.0.0.1:6379[6]> DBSIZE      #查看数据库大小
(integer) 0

127.0.0.1:6379[6]> KEYS *      #查看数据库所有的key
(empty array)

127.0.0.1:6379[6]> flushdb     #清空当前库的内容
OK
127.0.0.1:6379[6]> select 0
OK

127.0.0.1:6379> KEYS *
1) "myhash"
2) "mylist"
3) "name"
4) "key:__rand_int__"
5) "counter:__rand_int__"
127.0.0.1:6379> select 2
OK
127.0.0.1:6379[2]> flushall    #清空所有库的内容
OK
127.0.0.1:6379[2]> select 0
OK
127.0.0.1:6379> keys *
(empty array)

# redis-cli -p 6379
127.0.0.1:6379> SET name xiaoming
OK
127.0.0.1:6379> KEYS *
1) "name"
127.0.0.1:6379> SET age 1                  #插入数据
OK
127.0.0.1:6379> KEYS *
1) "name"
2) "age"
127.0.0.1:6379> EXISTS name                #判断name是否存在，存在返回1，不存在返回0
(integer) 1
127.0.0.1:6379> EXISTS name1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> move name 1                #将name从当前库移动到库1
(integer) 1

127.0.0.1:6379> set name xioaming
OK
127.0.0.1:6379> get name
"xioaming"
127.0.0.1:6379> expire name 10             #设置key的过期时间10秒，倒计时10秒后数据过期
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl name                   #查看当前key的时间
(integer) 2
127.0.0.1:6379> ttl name
(integer) -2
127.0.0.1:6379> get name
(nil)

127.0.0.1:6379> set name xiaoming
OK
127.0.0.1:6379> type name                  #查看当前key的数据类型
string

并发测试

redis提供了一款测试工具redis-benchmark

redis-benchmark 参数
-h：指定主机名
-p：指定端口，默认6379
-c：指定并发连接数
-n：指定请求数
-d：以字节形式指定SET/GET值的数据大小

测试100个并发连接，每个并发100000个请求

# redis-benchmark -h localhost -p 6379 -c 100 -n 100000
====== PING_INLINE ======
  100000 requests completed in 1.36 seconds                          #100000个请求
  100 parallel clients                                               #100个并行客户端
  3 bytes payload                                                    #每次写入3个字节
  keep alive: 1                                                      #一个服务器处理请求
  host configuration "save": 3600 1 300 100 60 10000
  host configuration "appendonly": no
  multi-thread: no

Latency by percentile distribution:
0.000% <= 0.247 milliseconds (cumulative count 2)
50.000% <= 0.663 milliseconds (cumulative count 53433)
75.000% <= 0.687 milliseconds (cumulative count 78832)
87.500% <= 0.711 milliseconds (cumulative count 88427)
93.750% <= 1.015 milliseconds (cumulative count 93767)
96.875% <= 1.423 milliseconds (cumulative count 96926)
98.438% <= 1.623 milliseconds (cumulative count 98501)
99.219% <= 1.719 milliseconds (cumulative count 99234)
99.609% <= 1.783 milliseconds (cumulative count 99621)
99.805% <= 2.095 milliseconds (cumulative count 99805)
99.902% <= 2.599 milliseconds (cumulative count 99903)
99.951% <= 2.951 milliseconds (cumulative count 99952)
99.976% <= 3.135 milliseconds (cumulative count 99976)
99.988% <= 3.303 milliseconds (cumulative count 99988)
99.994% <= 3.391 milliseconds (cumulative count 99994)
99.997% <= 3.439 milliseconds (cumulative count 99997)
99.998% <= 3.479 milliseconds (cumulative count 99999)
99.999% <= 3.495 milliseconds (cumulative count 100000)
100.000% <= 3.495 milliseconds (cumulative count 100000)            #所有请求在3.495毫秒完成

Summary:
  throughput summary: 73367.57 requests per second                  #每秒处理73367.57个请求
  latency summary (msec):
          avg       min       p50       p95       p99       max
        0.716     0.240     0.663     1.175     1.695     3.495

...

====== SET ======
  100000 requests completed in 1.33 seconds
  100 parallel clients
  3 bytes payload
  keep alive: 1
  host configuration "save": 3600 1 300 100 60 10000
  host configuration "appendonly": no
  multi-thread: no

Latency by percentile distribution:
0.000% <= 0.303 milliseconds (cumulative count 3)
50.000% <= 0.671 milliseconds (cumulative count 57052)
75.000% <= 0.687 milliseconds (cumulative count 77451)
87.500% <= 0.703 milliseconds (cumulative count 92613)
93.750% <= 0.711 milliseconds (cumulative count 95469)
96.875% <= 0.719 milliseconds (cumulative count 97002)
98.438% <= 0.735 milliseconds (cumulative count 98636)
99.219% <= 0.767 milliseconds (cumulative count 99254)
99.609% <= 0.855 milliseconds (cumulative count 99635)
99.805% <= 1.023 milliseconds (cumulative count 99808)
99.902% <= 1.871 milliseconds (cumulative count 99903)
99.951% <= 2.175 milliseconds (cumulative count 99952)
99.976% <= 2.351 milliseconds (cumulative count 99976)
99.988% <= 2.479 milliseconds (cumulative count 99988)
99.994% <= 2.551 milliseconds (cumulative count 99994)
99.997% <= 2.583 milliseconds (cumulative count 99997)
99.998% <= 2.607 milliseconds (cumulative count 99999)
99.999% <= 2.623 milliseconds (cumulative count 100000)
100.000% <= 2.623 milliseconds (cumulative count 100000)

Cumulative distribution of latencies:
0.000% <= 0.103 milliseconds (cumulative count 0)
0.003% <= 0.303 milliseconds (cumulative count 3)
0.030% <= 0.407 milliseconds (cumulative count 30)
0.067% <= 0.503 milliseconds (cumulative count 67)
0.257% <= 0.607 milliseconds (cumulative count 257)
92.613% <= 0.703 milliseconds (cumulative count 92613)
99.412% <= 0.807 milliseconds (cumulative count 99412)
99.722% <= 0.903 milliseconds (cumulative count 99722)
99.794% <= 1.007 milliseconds (cumulative count 99794)
99.833% <= 1.103 milliseconds (cumulative count 99833)
99.850% <= 1.207 milliseconds (cumulative count 99850)
99.860% <= 1.303 milliseconds (cumulative count 99860)
99.866% <= 1.407 milliseconds (cumulative count 99866)
99.870% <= 1.503 milliseconds (cumulative count 99870)
99.874% <= 1.607 milliseconds (cumulative count 99874)
99.880% <= 1.703 milliseconds (cumulative count 99880)
99.893% <= 1.807 milliseconds (cumulative count 99893)
99.910% <= 1.903 milliseconds (cumulative count 99910)
99.928% <= 2.007 milliseconds (cumulative count 99928)
99.941% <= 2.103 milliseconds (cumulative count 99941)
100.000% <= 3.103 milliseconds (cumulative count 100000)

Summary:
  throughput summary: 75075.07 requests per second                  #每秒处理75075个请求
  latency summary (msec):
          avg       min       p50       p95       p99       max
        0.673     0.296     0.671     0.711     0.751     2.623

...

参考

https://blog.csdn.net/Awwwze/article/details/115396745
https://blog.csdn.net/Wong_H/article/details/126196774
https://blog.csdn.net/Awwwze/article/details/115396745