Redis教程

001-Redis的前世

本文主要是介绍001-Redis的前世,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

在正式的走入 Redis 的世界之前,我想和你一起探讨下 Redis 的前世,为什么会有 Redis 的出现?是什么促成 Redis 的诞生?

1. 数据的存储

1.1 早期文件存储

在早期,数据库等概念还没诞生的时候,【数据以文件的形式】存储在磁盘上,例如 xxx.txt 文件,程序员通过 awk/grep/Java 等方式对数据进行访问。然而,随着文件的增大,这些方式对数据的访问变慢,磁盘 I/O 成为限制。

【Tips】常识补充

  1. 从磁盘读取数据,涉及到两个时间:

    1. 寻址时间:ms 级
    2. 带宽:G/M 级
  2. 从内存读取数据,涉及到两个时间:

    1. 寻址时间:nm 级
    2. 带宽:很大,DDR4 3200可以达到25.6G/s
  3. 寻址:磁盘在寻址上比内存慢了10万倍

  4. I/O Buffer

    1. 磁盘由多个盘片组成,每个盘片有两个盘面
    2. 盘面中一圈圈灰色同心圆为一条条磁道,从圆心向外画直线, 将磁道划分为若干个扇区
    3. 扇区是磁盘的最小组成单位,通常为512个字节,此时带来一个巨大的开销,即维护扇区的索引
    4. 操作系统读取磁盘数据时,无论你实际读多少,都是【以4K为单位从磁盘读取】

1.2 数据库存储

随着技术的发展,关系型数据库随之诞生,由于操作系统读取磁盘时以4K为单位,关系型数据库在设计时,也以4K为单位划分底层磁盘块。

同时,为了快速检索数据,关系型数据库还维护了索引,同样以4K的磁盘块存储,而对于索引,又引入了 B+ 树的数据结构,实现了索引查找的平衡。

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【Tips】关系型数据库

  1. 关系型数据库建表时:必须给出 schema

    1. 字段类型
    2. 字段宽度
  2. 关系型数据库,倾向于【行级存储】

  3. 表很大时,性能下降?

    1. 如果表有索引,在对数据进行增、删、改操作时,由于需要对索引进行维护,会导致操作变慢
    2. 查询速度
      1. 一个或少量查询依然很快
      2. 高并发时,由于受磁盘带宽的影响,很导致查询速度变慢

上述着重描述的是基于磁盘的数据库,其实市场上还存在着【基于内存的数据库】,如 SAP 的 HANA 数据库,作为内存数据库,SAP HANA 可以实时运行 PB 级的复杂 ERP 计算,有兴趣的小伙伴可以进一步了解(超级贵)。

【Tips】数据在内存与磁盘中的体积不一样

  • 数据在磁盘中除了数据本身外,还有数据的元数据,因此在磁盘中会发生膨胀

2. Redis 的诞生

信息化的不断前进,产生了大量的数据资产,基于磁盘的数据库廉价但效率偏低,基于内存的数据库效率高但价格昂贵,在这样的环境下,一种折中的方案应运而生【缓存】,典型的就是 Memcached 和 Redis。

【Tips】制约计算机的两个基础设施

  1. 冯诺依曼体系的硬件结构
  2. 以太网和 TCP/IP 的网络架构

分享一个数据库网站:https://db-engines.com/en/ranking

2.1 Redis 的介绍

引用 http://redis.cn/的一段介绍:

Redis 是一个开源(BSD许可)的,内存中的数据结构存储系统,它可以用作数据库、缓存和消息中间件。

它支持多种类型的数据结构,如字符串(strings), 散列(hashes), 列表(lists), 集合(sets), 有序集合(sorted sets) 与范围查询, bitmaps, hyperloglogs 和 地理空间(geospatial) 索引半径查询。

Redis 内置了复制(replication),LUA脚本(Lua scripting), LRU驱动事件(LRU eviction),事务(transactions) 和不同级别的磁盘持久化(persistence), 并通过 Redis哨兵(Sentinel)和自动分区(Cluster)提供高可用性(high availability)。

众所周知,Redis 是一个 <K,V> 型的数据库,同时官方的介绍中又提到它支持多种类型的数据结构,这里的数据结构是针对 Value 的。

由此,可以引出 Redis 的数据结构,key 指向 value,value 拥有多种类型,每种类型又有多种的操作。

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2.2 Redis 与 Memcached

简单的介绍完 Redis ,我们来想一下 Redis 与 Memcached 的区别,为什么在 Memcached 出现后又有 Redis 的诞生呢?

曾经看到过一段话,这世界上大概有3种数据表示:

  • K = a,K = 1,简单的字符或数字
  • K = [a,b,c],K = [1,2,3],常见的数组
  • K = [{1,2,d},{4,5,c}],复杂的数据嵌套

在 Memcached 中,数据同样是以 <K,V> 的形式存储的,但是 Value 没有类型的概念,它的 Value 可以用 JSON 表示出很复杂的数据结构。

当客户端向缓存请求取出 <K,V> 中 Value 的某一个元素时:

  • 对于 Memcached,它会返回 value 中所有的数据,然后 Client 需要有代码去对数据进行解码处理,由于 Server 端返回了所有数据,不可避免对网卡I/O 造成了浪费;
  • 对于 Redis,它的 value 的类型其实并不是关键,也并不是很重要,重要的是 Redis Server 中对每种类型都有自己的方法,如 index()、Ipop(),这些方法的存在,才是 Redis 相较于 Memcached 更快的关键。

2.3 Redis 的安装

下面演示下在 Linux 服务器上安装 Redis 的方式:

1. yum install wget 

2. wget https://github.com/redis/redis/archive/7.0.4.tar.gz # 下载安装包

3. tar xf 7.0.4.tar.gz

4. yum install gcc # 安装依赖

5. cd redis-7.0.4

6. make # 编译

7. make install PREFIX="/opt/redis" # 安装

8. vi /etc/profile # 配置环境变量

9. export REDIS_HOME=/opt/soft/redis-7.0.4
   export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin:$REDIS_HOME/bin
   source /etc/profile
   
10. cd utils

11. vi install-server.sh 
# 注释掉如下部分
#bail if this system is managed by systemd
#_pid_1_eoe="$(readlink -f /proc/1/exe)"
#if [ "${_pid_1_exe##*/}" = systemd ]
#then
#       echo "This systems seems to use systemd."
#       echo "Please take a look at the provided example service unit files in this directory, and adapt and install them. Sorry!"
#       exit 1
#fi

12. ./install-server.sh # 将redis安装成Linux服务
Welcome to the redis service installer
This script will help you easily set up a running redis server

Please select the redis port for this instance: [6379] 
Selecting default: 6379
Please select the redis config file name [/etc/redis/6379.conf] 
Selected default - /etc/redis/6379.conf
Please select the redis log file name [/var/log/redis_6379.log] 
Selected default - /var/log/redis_6379.log
Please select the data directory for this instance [/var/lib/redis/6379] 
Selected default - /var/lib/redis/6379
Please select the redis executable path [/opt/redis/bin/redis-server] 
Selected config:
Port           : 6379
Config file    : /etc/redis/6379.conf
Log file       : /var/log/redis_6379.log
Data dir       : /var/lib/redis/6379
Executable     : /opt/redis/bin/redis-server
Cli Executable : /opt/redis/bin/redis-cli
Is this ok? Then press ENTER to go on or Ctrl-C to abort.
Copied /tmp/6379.conf => /etc/init.d/redis_6379
Installing service...
Successfully added to chkconfig!
Successfully added to runlevels 345!
Starting Redis server...
Installation successful!

13. systemctl status redis-6379 # 查看redis服务
● redis_6379.service - LSB: start and stop redis_6379
   Loaded: loaded (/etc/rc.d/init.d/redis_6379; bad; vendor preset: disabled)
   Active: inactive (dead)
     Docs: man:systemd-sysv-generator(8)

【Tips】小补充

  • 一个物理机中可以有多个 redis 实例,通过 port 区分
  • 可执行程序就一份在目录,但内存中未来的多个实例需要各自的配置文件,持久化目录等资源
这篇关于001-Redis的前世的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对大家有所帮助,也希望大家多多支持为之网!