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Redis從入門到精通：初級篇
平時陸陸續續看了不少Redis的文章了，工作中也一直在用Redis，感覺是時候對過往Redis的所學進行一次系統性的總結。《Redis從入門到精通》系列會分為初級、中級、高級三篇，從淺入深講解Redis相關知識點。
在本文中，我們將看到以下內容：
- Redis簡介
- Redis安裝、啟動
- Redis登錄授權
- Redis配置文件redis.conf中參數詳細的一個解讀
- Redis性能測試
這些內容無關具體用法，作為一些初級的知識，系統地先認識一下Redis。
Redis簡介
Redis是一款開源的使用ANSI C語言編寫、遵守BSD協議、支持網絡、可基於內存也可持久化的日志型、Key-Value高性能數據庫。Redis與其他Key-Value緩存產品相比有以下三個特點：
- 支持數據持久化，可以將內存中的數據保存在磁盤中，重啟可再次加載使用
- 支持簡單的Key-Value類型的數據，同時還提供List、Set、Zset、Hash等數據結構的存儲
- 支持數據的備份，即Master-Slave模式的數據備份
同時，我們再看下Redis有什么優勢：
- 讀速度為110000次/s，寫速度為81000次/s，性能極高
- 具有豐富的數據類型，這個上面已經提過了
- Redis所有操作都是原子的，意思是要么成功執行要么失敗完全不執行，多個操作也支持事務
- 豐富的特性，比如Redis支持publish/subscribe、notify、key過期等
Redis安裝、啟動
這次寫Redis系列的文章，LZ特意去阿里雲上買了一個月的服務器，操作系統是Linux，因為Redis項目本身不正式支持Windows系統。不過微軟開放技術小組開發和維護了Windows版本的Redis，下載地址為https://github.com/MicrosoftArchive/redis/releases，感興趣的可以自己去試下，LZ在自己筆記本上安裝啟動過，沒有問題，但就不細說了。
下面說一下在Linux系統上安裝並啟動Redis的步驟（我的Redis安裝在/data/component/redis目錄下，每一步使用的命令標紅加粗）：
- 進入目錄，cd /data/component/redis
- 下載Redis，wget http://download.redis.io/releases/redis-3.2.11.tar.gz，可以看到LZ使用的Redis版本是3.2.11，在LZ寫這篇文章的時候，Redis最新版本為4.0.9，地址為http://download.redis.io/releases/redis-4.0.9.tar.gz，感興趣的朋友也可以用這個版本
- 解壓下載下來的tar包，tar -zxvf redis-3.2.11.tar.gz，解壓完畢的文件夾名稱為redis-3.2.11
- 進入redis-3.2.11，cd redis-3.2.11
- 由於我們下載下來的是源文件，因此使用make命令對源文件進行一個構建，構建完畢我們會發現src目錄下多出了redis-benchmark、redis-check-aof、redis-check-rdb、redis-cli、redis-sentinel、redis-server幾個可執行文件，這幾個可執行文件后面會說到
- 由於上述幾個命令在/data/component/redis/redis-3.2.11/src目錄下，為了更方便地使用這幾個命令而不需要指定全路徑，配置一下環境變量。這里我是以非root用戶進行登錄的，因此配置用戶變量，先執行cd命令回到初始目錄，再vi ./.bash_profile，在path這一行加入PATH=$PATH:$HOME/.local/bin:$HOME/bin:/data/component/redis/redis-3.2.11/src，使用:wq保存並退出
- 使環境變量生效，執行source ./.bash_profile
- 使用redis-server即可啟動redis，redis-server /data/component/redis/redis-3.2.11/redis.conf
不過這個時候我們的啟動稍微有點問題，不是后台啟動的，即ctrl+c之后Redis就停了：
為了解決這個問題，我們需要修改一下redis.conf，將Redis設置為以守護進程的方式進行啟動，打開redis.conf，找到daemonize，將其設置為yes即可：
這個時候先關閉一下再啟動，Redis就在后台自動運行了，關閉Redis有兩種方式：
- redis-cli shutdown，這是種安全關閉redis的方式，但這種寫法只適用於沒有配置密碼的場景，比較不安全，配置密碼下一部分會講
- kill -9 pid，這種方式就是強制關閉，可能會造成數據未保存
重啟后，我們可以使用ps -ef | grep redis，netstat -ant | grep 6379命令來驗證Redis已經啟動。
Redis登錄授權
上面我們安裝了Redis，但這種方式是非常不安全的，因為沒有密碼，這樣任何連接上Redis服務器的用戶都可以對Redis執行操作，所以這一部分我們來講一下給Redis設置密碼。
打開redis.conf，找到"requirepass"部分，打開原本關閉的注釋，替換一下自己想要的密碼即可：
重啟Redis，授權登錄有兩種做法：
- 連接的時候直接指定密碼，redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 -a 123456
- 連接后授權，redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379，auth 123456
在配置了密碼的情況下，沒有進行授權，那么對Redis發送的命令，將返回"(error) NOAUTH Authentication required."。
Redis配置文件redis.conf
上面兩小節，設置使用守護線程啟動、設置密碼，都需要修改redis.conf，說明redis.conf是Redis核心的配置文件，本小節我們來看一下redis.conf中一些常用配置：
| 配置 | 作用 | 默認 |
| bind | 當配置了bind之后：
|
127.0.0.1 |
| protected-mode | protected-mode是Redis3.2之后的新特性，用於加強Redis的安全管理，當滿足以下兩種情況時，protected-mode起作用：
當滿足以上兩種情況且protected-mode=yes的時候，訪問Redis將報錯，即密碼未設置的情況下，無密碼訪問Redis只能通過安裝Redis的本機進行訪問 |
yes |
| port | Redis訪問端口，由於Redis是單線程模型，因此單機開多個Redis進程的時候會修改端口，不然一般使用大家比較熟悉的6379端口就可以了 | 6379 |
| tcp-backlog | 半連接隊列的大小，對半連接隊列不熟的可以看我以前的文章TCP：三次握手、四次握手、backlog及其他 | 511 |
| timeout | 指定在一個client空閑多少秒之后就關閉它，0表示不管 | 0 |
| tcp-keepalive | 設置tcp協議的keepalive，從Redis的注釋來看，這個參數有兩個作用：
|
300 |
| daemonize | 這個前面說過了，指定Redis是否以守護進程的方式啟動 | no |
| supervised | 這個參數表示可以通過upstart和systemd管理Redis守護進程，這個具體和操作系統相關，資料也不是很多，就暫時不管了 | no |
| pidfile | 當Redis以守護進程的方式運行的時候,Redis默認會把pid寫到pidfile指定的文件中 | /var/run/redis_6379.pid |
| loglevel | 指定Redis的日志級別，Redis本身的日志級別有notice、verbose、notice、warning四種，按照文檔的說法，這四種日志級別的區別是：
|
notice |
| logfile | 配置log文件地址,默認打印在命令行終端的窗口上 | "" |
| databases | 設置Redis數據庫的數量，默認使用0號DB | 16 |
| save | 把Redis數據保存到磁盤上，這個是在RDB的時候用的，介紹RDB的時候專門說這個 | save 900 1 save 300 10 save 60 10000 |
| stop-writes-on-bgsave-error | 當啟用了RDB且最后一次后台保存數據失敗，Redis是否停止接收數據。 這會讓用戶意識到數據沒有正確持久化到磁盤上，否則沒有人會注意到災難（disaster）發生了。 如果Redis重啟了，那么又可以重新開始接收數據了 |
yes |
| rdbcompression | 是否在RBD的時候使用LZF壓縮字符串，如果希望省點CPU，那就設為no，不過no的話數據集可能就比較大 | yes |
| rdbchecksum | 是否校驗RDB文件，在RDB文件中有一個checksum專門用於校驗 | yes |
| dbfilename | dump的文件位置 | dump.rdb |
| dir | Redis工作目錄 | ./ |
| slaveof | 主從復制，使用slaveof讓一個節點稱為某個節點的副本，這個只需要在副本上配置 | 關閉 |
| masterauth | 如果主機使用了requirepass配置進行密碼保護，使用這個配置告訴副本連接的時候需要鑒權 | 關閉 |
| slave-serve-stale-data | 當一個Slave與Master失去聯系或者復制正在進行中，Slave可能會有兩種表現：
|
yes |
| slave-read-only | 配置Redis的Slave實例是否接受寫操作，即Slave是否為只讀Redis | yes |
| slave-priority | 從站優先級是可以從redis的INFO命令輸出中查到的一個整數。當主站不能正常工作時，redis sentinel使用它來選擇一個從站並將它提升為主站。 低優先級的從站被認為更適合於提升，因此如果有三個從站優先級分別是10， 100， 25，sentinel會選擇優先級為10的從站，因為它的優先級最低。 然而優先級值為0的從站不能執行主站的角色，因此優先級為0的從站永遠不會被redis sentinel提升。 |
100 |
| requirepass | 設置客戶端認證密碼 | 關閉 |
| rename-command | 命令重命名，對於一些危險命令例如：
作為服務端redis-server，常常需要禁用以上命令來使得服務器更加安全，禁用的具體做法是是：
也可以保留命令但是不能輕易使用，重命名這個命令即可：
這樣，重啟服務器后則需要使用新命令來執行操作，否則服務器會報錯unknown command |
關閉 |
| maxclients | 設置同時連接的最大客戶端數量，一旦達到了限制，Redis會關閉所有的新連接並發送一個"max number of clients reached"的錯誤 | 關閉，默認10000 |
| maxmemory | 不要使用超過指定數量的內存，一旦達到了，Redis會嘗試使用驅逐策略來移除鍵 | 關閉 |
| maxmemory-policy | 當達到了maxmemory之后Redis如何移除數據，有以下的一些策略：
注意，當寫操作且Redis發現沒有合適的數據可以移除的時候，將會報錯 |
關閉，noeviction |
| appendonly | 是否開啟AOF，關於AOF后面再說 | no |
| appendfilename | AOF文件名稱 | appendonly.aof |
| appendfsync | 操作系統實際寫數據到磁盤的頻率，有以下幾個選項：
當不確定是使用哪種的時候，官方推薦使用everysec，它是速度與數據安全之間的一種折衷方案 |
everysec |
| no-appendfsync-on-rewrite | aof持久化機制有一個致命的問題，隨着時間推移，aof文件會膨脹，當server重啟時嚴重影響數據庫還原時間，因此系統需要定期重寫aof文件。 重寫aof的機制為bgrewriteaof（另外一種被廢棄了，就不說了），即在一個子進程中重寫從而不阻塞主進程對其他命令的處理，但是這依然有個問題。 bgrewriteaof和主進程寫aof，都會操作磁盤，而bgrewriteaof往往涉及大量磁盤操作，這樣就會讓主進程寫aof文件阻塞。 針對上述問題，可以使用此時可以使用no-appendfsync-on-rewrite參數做一個選擇：
|
no |
| auto-aof-rewrite-percentage | 本次aof文件超過上次aof文件該值的百分比時，才會觸發rewrite | 100 |
| auto-aof-rewrite-min-size | aof文件最小值，只有到達這個值才會觸發rewrite，即rewrite由auto-aof-rewrite-percentage+auto-aof-rewrite-min-size共同保證 | 64mb |
| aof-load-truncated | redis在以aof方式恢復數據時，對最后一條可能出問題的指令的處理方式：
|
yes |
| slowlog-log-slower-than | Redis慢查詢的最低條件，單位微妙，即查詢時間>這個值的會被記錄 | 10000 |
| slowlog-max-len | Redis存儲的慢查詢最大條數，超過該值之后會將最早的slowlog剔除 | 128 |
| lua-time-limit | 一個lua腳本執行的最大時間，單位為ms | 5000 |
| cluster-enabled | 正常來說Redis實例是無法稱為集群的一部分的，只有以集群方式啟動的節點才可以。為了讓Redis以集群方式啟動，就需要此參數。 | 關閉 |
| cluster-config-file | 每個集群節點應該有自己的配置文件，這個文件是不應該手動修改的，它只能被Redis節點創建且更新，每個Redis集群節點需要不同的集群配置文件 | 關閉，nodes-6379.conf |
| cluster-node-timeout | 集群中一個節點向其他節點發送ping命令時，必須收到回執的毫秒數 | 關閉，15000 |
| cluster-slave-validity-factor | 如果該項設置為0，不管Slave節點和Master節點間失聯多久都會一直嘗試failover。 比如timeout為5，該值為10，那么Master與Slave之間失聯50秒，Slave不會去failover它的Master |
關閉，10 |
| cluster-migration-barrier | 當一個Master擁有多少個好的Slave時就要割讓一個Slave出來。 例如設置為2，表示當一個Master擁有2個可用的Slave時，它的一個Slave會嘗試遷移 |
關閉，1 |
| cluster-require-full-coverage | 有節點宕機導致16384個Slot全部被覆蓋，整個集群是否停止服務，這個值一定要改為no |
關閉，yes |
以上把redis.conf里面幾乎所有的配置都寫了一遍（除了ADVANCED CONFIG部分），感覺其他博客很少有看到比我這個還全的了^_^，給大家作為參考吧。
Redis性能測試
之前說過Redis在make之后有一個redis-benchmark，這個就是Redis提供用於做性能測試的，它可以用來模擬N個客戶端同時發出M個請求。首先看一下redis-benchmark自帶的一些參數：
| 參數 | 作用 | 默認值 |
| -h | 服務器名稱 | 127.0.0.1 |
| -p | 服務器端口 | 6379 |
| -s | 服務器Socket | 無 |
| -c | 並行連接數 | 50 |
| -n | 請求書 | 10000 |
| -d | SET/GET值的字節大小 | 2 |
| -k | 1表示keep alive，0表示重連 | 1 |
| -r | SET/GET/INC使用隨機Key而不是常量，在形式上key樣子為mykey_ran:000000012456 -r的值決定了value的最大值 |
無 |
| -p | 使用管道請求 | 1，即不使用管道 |
| -q | 安靜模式，只顯示query/sec值 | 無 |
| --csv | 使用csv格式輸出 | 無 |
| -l | 循環，無限運行測試 | 無 |
| -t | 只運行使用逗號分割的命令的測試 | 無 |
| -I | 空閑模式，只打開N個空閑線程並且等待 | 無 |
拋開配置只談性能的都是耍流氓，說一下我買的阿里雲服務器的配置：
- 單核CPU，CPU類型為Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2682 v4 @ 2.50GHz
- 內存4G
- 帶寬1M
- 操作系統為Centos7
首先我們運行最簡單的redis-benchmark -q，運行結果為：
打印了每個命令的QPS，看到基本都在讀寫速度基本都在100000次/s以上。
接着換一個命令進行測試，因為實際場景中我們的Key和Value一定是非常豐富的，不可能是單一的Key和單一的Value，因此接着去的測試使用-r模擬value到100000且將運行次數提高到1000000次，具體命令為redis-benchmark -q -r 100000 -n 1000000，運行結果為：
看到整個讀寫效率基本都在110000次/s以上，證明了讀寫的高效率。
簡單對於Redis的性能測試就到這兒，這個測試結果看起來很美，但是實際應用卻完全不是，主要體現在以下幾點：
- 網絡與帶寬，這是現實中最主要的影響因素，上面的測試還是太過於低級，現實使用中Redis里面存一個用戶信息、訂單信息，幾KB的大小，100000qps根本不可能大家可以算算需要多大的帶寬，粗粗算一下超過1個G吧，很多線上服務的帶寬根本達不到1G/s，所以Redis的吞吐量最先會被網絡帶寬限制住
- Redis由於是單線程模型，因此CPU性能非常重要，尤其是大緩存的快速CPU，我這里的CPU上面寫過了，Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2682 v4 @ 2.50GHz總體還是可以的
- 客戶端連接數，上面使用了默認的連接數50，實際上10W、20W甚至100W+呢？不過得益於epoll模型，整個下降的可以接受，下面有一張連接數和qps的關系，我也是網上找來的
- RDB和AOF可能會對Redis造成的阻塞並未考慮進去
- 盡可能使用大內存，避免SWAP
無論如何，總而言之，Redis整個性能是非常不錯的，個人認為如果要選一款存儲系統，那么Redis應當是首選。