NoSQL型数据库

NoSQL（Not Only SQL）是指一类不使用传统关系型数据库结构的数据库。NoSQL数据库通常用于大规模数据存储、处理和快速访问的场景。与关系型数据库不同，NoSQL数据库不要求数据必须存储为表格形式，也不需要固定的模式（schema）。它们通常具有更高的扩展性、灵活性和适应性。

四大分类

• 键值存储（Key-Value Stores）：
  • 数据以键值对的形式存储。
  • 适合快速访问单个值。
  • 例如：Redis、Amazon DynamoDB。
• 列族存储（Column Family Stores）：
  • 数据按列而非行来存储。
  • 高效地存储和查询大规模的、非结构化的数据。
  • 例如：Apache Cassandra、HBase。
• 文档存储（Document Stores）：
  • 存储类似JSON、BSON或XML的文档数据，文档中可以包含嵌套的数据。
  • 适合存储和查询灵活的、层次化的数据。
  • 例如：MongoDB、CouchDB。
• 图数据库（Graph Databases）：
  • 以图形结构（节点、边和属性）存储数据，用于表示实体之间的关系。
  • 适合复杂的关系型数据查询。
  • 例如：Neo4j、ArangoDB。

与SQL数据库的对比

Redis缓存中间件

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的内存数据库，遵守 BSD 协议，它提供了一个高性能的键值（key-value）存储系统，常用于缓存、消息队列、会话存储等应用场景。

基本特点

• 性能极高： Redis 以其极高的性能而著称，能够支持每秒数十万次的读写操作24。这使得Redis成为处理高并发请求的理想选择，尤其是在需要快速响应的场景中，如缓存、会话管理、排行榜等。
• 丰富的数据类型： Redis 不仅支持基本的键值存储，还提供了丰富的数据类型，包括字符串、列表、集合、哈希表、有序集合等。这些数据类型为开发者提供了灵活的数据操作能力，使得Redis可以适应各种不同的应用场景。
• 原子性操作： Redis 的所有操作都是原子性的，这意味着操作要么完全执行，要么完全不执行。这种特性对于确保数据的一致性和完整性至关重要，尤其是在高并发环境下处理事务时。
• 持久化： Redis 支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存到磁盘中，以便在系统重启后恢复数据。这为 Redis 提供了数据安全性，确保数据不会因为系统故障而丢失。
• 支持发布/订阅模式： Redis 内置了发布/订阅模式（Pub/Sub），允许客户端之间通过消息传递进行通信。这使得 Redis 可以作为消息队列和实时数据传输的平台。
• 单线程模型： 尽管 Redis 是单线程的，但它通过高效的事件驱动模型来处理并发请求，确保了高性能和低延迟。单线程模型也简化了并发控制的复杂性。
• 主从复制： Redis 支持主从复制，可以通过从节点来备份数据或分担读请求，提高数据的可用性和系统的伸缩性。

使用场景

• 缓存 ：Redis 最常用的场景是作为缓存层，以减少数据库的负载，提高数据读取速度。

  • 因为 Redis 是基于内存的，其读写速度比 MySQL 基于磁盘的方式要快很多，所以其作为热点数据的缓存是非常合适的。使用 Redis 缓存可以极大地提高应用的响应速度和吞吐量。

• 实时系统 ：

  • Redis 支持快速的数据写入和读取，非常适合用于实时分析，如网站点击统计、实时排行榜等。

• 消息队列 ：

  • 利用 Redis 的 List 和 Pub/Sub 功能，可以实现轻量级的消息队列，适用于任务处理和异步消息传递。

• 分布式锁：

  • Redis 可以用作分布式锁的实现，确保在分布式系统中资源的安全访问，避免竞态条件。

• 计数器 ：

  • Redis 的原子性操作非常适合用作计数器。

Redis的服务端命令

进入redis的安装根目录的命令行可以启动redis服务

• 启动临时redis服务（不会在window Service列表出现Redis服务名称和状态，此窗口关闭，服务会自动关闭。）：redis-server.exe redis.windows.conf
• 注册redis服务：redis-server.exe --service-install redis.windows.conf --service-name redisserver1 --loglevel verbose
• 启动服务：redis-server.exe --service-start --service-name redisserver1
• 停止服务：redis-server.exe --service-stop --service-name redisserver1
• 卸载服务：redis-server.exe --service-uninstall--service-name redisserver1

可以在主机中配置多个端口的redis服务，参见博客

Redis的客户端命令

redis 在安装后就自带命令行客户端 redis-cli ，客户端的通用命令格式为

1

redis-cli [option] [commands]

常见的option如下

• -h ip_address ：指定要连接的redis节点的IP地址，默认是127.0.0.1（回环地址，表示访问本机）
• -p port：指定要连接的redis节点的端口，默认是6379
• -a password ：指定redis的访问密码

commands是redis的操作命令

Redis的基本数据结构

Redis 提供了丰富的数据类型。

基本的有五种数据类型

• String（字符串） ：Redis中最基本的数据类型，可以存储任何类型的数据，包括文本、数字和二进制数据。它的最大长度为512MB。
  • 缓存：存储临时数据，如用户会话、页面缓存。
  • 计数器：用于统计访问量、点赞数等，通过原子操作增加或减少。
• Hash（哈希） ：哈希是一个键值对集合，适合存储对象的属性。Redis内部使用哈希表实现，适合小规模数据。
  • 商品详情：存储商品的各个属性，方便快速检索。
• List（列表） ：列表是有序的字符串集合，支持从两端推入和弹出元素，底层实现为双向链表。
  • 消息队列：用于简单任务调度、消息传递等场景，通过LPUSH和RPOP操作实现生产者消费者模式。
  • 历史记录：存储用户操作的历史记录，便于快速访问。
• Set（集合） ：集合是无序且不重复的字符串集合，使用哈希表实现，支持快速查找和去重操作。
  • 标签系统：存储用户的兴趣标签，避免重复。
  • 唯一用户集合：记录访问过某个页面的唯一用户，方便进行分析。
• Zset（有序集合） ：有序集合类似于集合，但每个元素都有一个分数（score），用于排序。底层使用跳表实现，支持快速的范围查询。
  • 排行榜：存储用户分数，实现实时排行榜。
  • 任务调度：根据任务的优先级进行排序，方便调度执行。

后面又支持了四种数据类型：

• BitMap ：BitMap 是一种以位为单位存储数据的高效方式，适合用来表示布尔值（如存在性、状态等）。每个 bit 可以表示一个状态（0 或 1），使用空间少且操作快速。
  • 统计每天用户的在线状态，可以用 Bitmap 记录每个用户是否在线：
• HyperLogLog ：HyperLogLog 是一种概率性数据结构，主要用于估算基数（不同元素的数量），内存占用固定，适合处理大规模数据的去重和计数。
• GEO ：GEO 是 Redis 提供的一种用于存储地理位置信息的数据结构，可以存储经纬度信息并支持空间查询，例如计算距离和获取范围内的坐标。
• Stream ：Stream 是 Redis 提供的一种日志数据结构，适合于存储时间序列数据或消息流。支持高效的消息生产和消费模式，具有持久性和序列化特性。

Redis的通用命令

Keys命令

Redis 键命令用于管理 redis 的键。

基本格式

1

redis 127.0.0.1:6379> COMMAND KEY_NAME

常见操作

• 删除键
  • 删除已存在的键：DEL KEY_NAME
    • 返回值：被删除 key 的数量。
    • 不存在的 key 会被忽略
• 查找键
  • 检查键是否存在：EXISTS KEY_NAME
    • 返回值：若 key 存在返回 1 ，否则返回 0 。
  • 查找符合格式的键：KEYS PATTERN
    • 返回值：符合给定模式的 key 列表 (Array)。
  • 查看键的过期时间：TTL KEY_NAME
    • 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。
• 设置键
  • 设置键的过期时间：Expire KEY_NAME TIME_IN_SECONDS
    • 返回值：设置成功返回 1 。 当 key 不存在返回 0 。
  • 移除键的过期时间：PERSIST KEY_NAME
    • 返回值：当过期时间移除成功时，返回 1 。 如果 key 不存在或 key 没有设置过期时间，返回 0 。
  • 将当前数据库的 key 移动到给定的数据库 db 当中：MOVE KEY_NAME DESTINATION_DATABASE
    • 返回值：移动成功返回 1 ，失败则返回 0 。
  • 将键重新命名：RENAME OLD_KEY_NAME NEW_KEY_NAME
    • 返回值
      • 改名成功时提示 OK
      • 失败时候返回一个错误。当 OLD_KEY_NAME 和 NEW_KEY_NAME 相同，或者 OLD_KEY_NAME 不存在时，返回一个错误。

1

namespace:object_type:id:field

数据库命令

Redis默认有16个数据库，默认使用编号为0的数据库

• 切换数据库：select db_num
• 查看当前数据库key的数量：DBSIZE
• 清除当前数据库：flushdb
• 清除所有数据库：flushall