Redis Installation、Configuration、Program Based On Redis Learning

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1. Redis 简介
2. Redis安装配置
3. 编程使用Redis
4. 使用Lua脚本

1. Redis 简介

0x1: Redis是什么

Redis是一款Nosql类型的基于key-value的高速缓存系统，

从架构上看，redis有3种特性

1. key value store
是一个以key-value形式存储的数据库，定位直指MySQL，用来作为唯一的存储系统

2. memory cache
是一个把数据存储在内存中的高速缓存，用来在应用和数据库间提供缓冲，替代memcachd

3. data structrue server
把它支持对复杂数据结构的高速操作作为卖点，提供某些特殊业务场景的计算和展现需求。比如排行榜应用，Top 10之类的

在redis的键值的"值"中，它所支持的数据结构有:

1. String
    1) 常用命令
　　    set、get、decr、incr、mget等
　　    2) 应用场景
　　    String是最常用的一种数据类型，普通的key/value存储都可以归为此类 
　　    3) 实现方式
　　    String在redis内部存储默认就是一个字符串，被redisObject所引用，当遇到incr、decr等操作时会转成数值型进行计算，此时redisObject的encoding字段为int

2. Hash
    1) 常用命令
　　    hget、hset、hgetall等
　　    2) 应用场景
    3) 实现方式
　　    Redis Hash对应Value内部实际就是一个HashMap，实际这里会有2种不同实现
        3.1) 这个Hash的成员比较少时Redis为了节省内存会采用类似一维数组的方式来紧凑存储，而不会采用真正的HashMap结构，对应的value redisObject的encoding为zipmap
        3.2) 当成员数量增大时会自动转成真正的HashMap，此时encoding为ht

3. List
    1) 常用命令
　　    lpush、rpush、lpop、rpop、lrange等
　　    2) 应用场景
　　    Redis list的应用场景非常多，也是Redis最重要的数据结构之一，比如twitter的关注列表，粉丝列表等都可以用Redis的list结构来实现 
　　    3) 实现方式
　　    Redis list的实现为一个双向链表，即可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了部分额外的内存开销，Redis内部的很多实现，包括发送缓冲队列等也都是用的这个数据结构

4. Set
    1) 常用命令
　　    sadd、spop、smembers、sunion等 
　　    2) 应用场景
　　    Redis set对外提供的功能与list类似是一个列表的功能，特殊之处在于set是可以自动排重的，当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set是一个很好的选择，并且set提供了判断某个成员是否在一个set集
合内的重要接口，这个也是list所不能提供的
　　    3) 实现方式：
　　    set的内部实现是一个value永远为null的HashMap，实际就是通过计算hash的方式来快速排重的，这也是set能提供判断一个成员是否在集合内的原因

5. Sorted set
    1) 常用命令
　　    zadd、zrange、zrem、zcard等
　　    2) 使用场景
　　    Redis sorted set的使用场景与set类似，区别是set不是自动有序的，而sorted set可以通过用户额外提供一个优先级(score)的参数来为成员排序，并且是插入有序的，即自动排序。当你需要一个有序的并且不重复的集
合列表，那么可以选择sorted set数据结构，比如twitter 的public timeline可以以发表时间作为score来存储，这样获取时就是自动按时间排好序的
　　    3) 实现方式
　　    Redis sorted set的内部使用HashMap和跳跃表(SkipList)来保证数据的存储和有序，HashMap里放的是成员到score的映射，而跳跃表里存放的是所有的成员，排序依据是HashMap里存的score,使用跳跃表的结构可以获
得比较高的查找效率，并且在实现上比较简单

Redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value

1. type
代表一个value对象具体是何种数据类型
2. encoding
不同数据类型在redis内部的存储方式，比如：type=string代表value存储的是一个普通字符串，那么对应的encoding可以是raw或者是int，如果是int则代表实际redis内部是按数值型类存储和表示这个字符串的，当然前提是这个
字符串本身可以用数值表示，比如:"123" "456"这样的字符串
3. ptr
数据指针
4. vm
只有打开了Redis的虚拟内存功能，此字段才会真正的分配内存，该功能默认是关闭状态的

我们可以发现Redis使用redisObject来表示所有的key/value数据是比较浪费内存的，当然这些内存管理成本的付出主要也是为了给Redis不同数据类型提供一个统一的管理接口

0x2: Redis支持的指令集

Redis提供了丰富的命令(command)对数据库和各种数据类型进行操作，这些command可以在Linux终端使用(redis-cli)。也可以在编程时通过API方式使用，比如使用Redis 的Java语言包

1. 连接操作相关的命令
    1) QUIT: 关闭连接(connection)
    2) AUTH: 简单密码认证

2. 适合全体类型的命令
    1) EXISTS(key) 确认一个 key 是否存在 
    2) DEL(key) 删除一个 key 
    3) TYPE(key) 返回值的类型 
    4) KEYS(pattern) 返回满足给定 pattern 的所有 key 
    5) RANDOMKEY：随机返回 key 空间的一个key 
    6) RENAME(oldname, newname) 将 key 由 oldname 重命名为 newname，若 newname 存在则删除 newname 表示的 key 
    7) DBSIZE：返回当前数据库中 key 的数目 
    8) EXPIRE(key,ttl) 设定一个 key 的生存时间 ttl(s) 
    9) TTL(key) 获得一个 key 的活动时间 
    10) SELECT(index) 按索引查询；
    11) MOVE(key, dbindex) 将当前数据库中的 key 转移到有 dbindex 索引的数据库 
    12) FLUSHDB：删除当前选择数据库中的所有 key 
    13) FLUSHALL：删除所有数据库中的所有 key

3. 自定义扩展指令相关的指令
    1) EVAL: EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]
    EVAL 和 EVALSHA 命令是从 Redis 2.6.0 版本开始的，使用内置的 Lua 解释器，可以对 Lua 脚本进行求值

3、对 STRING 操作的命令
    1) SET(key, value) 给数据库中名称为 key 的 string 赋予值 value 
    2) GET(key) 返回数据库中名称为 key 的 string 的 value 
    3) GETSET(key, value) 给名称为 key 的 string 赋予上一次的value 
    4) MGET(key1, key2,…, key{$n}) 返回库中多个 string(它们的名称为key1，key2...)的value 
    5) SETNX(key, value) 如果不存在名称为 key 的 string，则向库中添加 string，名称为 key，值为 value；
    6) SETEX(key, time, value) 向库中添加 string（名称为key，值为value）同时，设定过期时间time；
    7) MSET(key1, value1, key2, value2,…key{$n}, value{$n}) 同时给多个 string 赋值，名称为 key{$i} 的 string 赋值 value{$i}；
    8) MSETNX(key1, value1, key2, value2,…key{$n}, value{$n}) 如果所有名称为 key{$i} 的 string 都不存在，则向库中添加 string，名称 key{$i} 赋值为 value{$i}；
    9) INCR(key) 名称为 key 的 string 增1操作；
    10) INCRBY(key, integer) 名称为 key 的 string 增加 integer；
    11) DECR(key) 名称为 key 的 string 减1操作；
    12) DECRBY(key, integer) 名称为 key 的 string 减少 integer；
    13) APPEND(key, value) 名称为 key的 string 的值附加 value；
    14) SUBSTR(key, start, end) 返回名称为 key 的 string 的 value 的子串

4、对无索引序列 LIST 操作的命令
    1) RPUSH(key, value) 在名称为 key 的 list 尾添加一个值为 value 的元素；
    2) LPUSH(key, value) 在名称为 key 的 list 头添加一个值为 value 的 元素；
    3) LLEN(key) 返回名称为 key 的 list 的长度；
    4) LRANGE(key, start, end) 返回名称为 key 的 list 中 start 至 end 之间的元素(下标从0开始，下同)
    5) LTRIM(key, start, end) 截取名称为 key 的 list，保留 start 至 end 之间的元素；
    6) LINDEX(key, index) 返回名称为 key 的 list 中 index 位置的元素；
    7) LSET(key, index, value) 给名称为 key 的 list 中 index 位置的元素赋值为 value；
    8) LREM(key, count, value) 删除 count 个名称为 key 的 list 中值为value的元素。count 为0，删除所有值为 value 的元素，count>0从 头至尾删除 count 个值为 value 的元素，count<0从尾到头删除|count|个值为value的元素；
    9) LPOP(key) 返回并删除名称为key的list中的首元素；
    10) RPOP(key) 返回并删除名称为key的list中的尾元素；
    11) BLPOP(key1, key2,… key{$n}, timeout) LPOP 命令的 block 版本。即当 timeout 为0时，若遇到名称为 key{$i} 的 list 不存在或该 list 为空，则命令结束。如果 timeout>0，则遇到上述情况时，等待 timeout 秒，如果问题没有解决，则对 key{$i}+1 开始的 list 执行 pop 操作；
    12) BRPOP(key1, key2,… key{$n}, timeout) RPOP 的 block 版本。参考上一命令；
    13) RPOPLPUSH(srckey, dstkey) 返回并删除名称为 srckey 的 list 的尾元素，并将该元素添加到名称为 dstkey 的 list 的头部。

5、对有索引无序集合 SET 操作的命令
    1) SADD(key, member) 向名称为 key 的 set 中添加元素 member；
    2) SREM(key, member) 删除名称为 key 的 set 中的元素 member；
    3) SPOP(key) 随机返回并删除名称为 key 的 set 中一个元素；
    4) SMOVE(srckey, dstkey, member) 将 member 元素从名称为 srckey 的集合移到名称为 dstkey 的集合；
    5) SCARD(key) 返回名称为 key 的 set 的基数；
    6) SISMEMBER(key, member) 测试 member 是否是名称为 key 的 set 的元素；
    7) SINTER(key1, key2,…key{$n}) 求交集；
    8) SINTERSTORE(dstkey, key1, key2,…key{$n}) 求交集并将交集保存到 dstkey 的集合；
    9) SUNION(key1, key2,…key{$n}) 求并集；
    10) SUNIONSTORE(dstkey, key1, key2,…key{$n}) 求并集并将并集保存到 dstkey 的集合；
    11) SDIFF(key1, key2,…key{$n}) 求差集；
    12) SDIFFSTORE(dstkey, key1, key2,…key{$n}) 求差集并将差集保存到 dstkey 的集合；
    13) SMEMBERS(key) 返回名称为 key 的 set 的所有元素；
    14) SRANDMEMBER(key) 随机返回名称为 key 的 set 的一个元素。
 
6、持久化
    1) SAVE：将数据同步保存到磁盘；
    2) BGSAVE：将数据异步保存到磁盘；
    3) LASTSAVE：返回上次成功将数据保存到磁盘的 UNIX 时戳；
    4) SHUNDOWN：将数据同步保存到磁盘，然后关闭服务

7、远程服务控制
    1) INFO：提供服务器的信息和统计；
    2) MONITOR：实时转储收到的请求；
    3) SLAVEOF：改变复制策略设置；
    4) CONFIG：在运行时配置 Redis 服务器 

0x3: 配置密码登录

关于密码验证

1. 如果redis监听回环IP之外的地址 任何人都可以读取其信息，所以安全问题需要考虑，即redis是默认未授权可任意访问的
2. 即使显式设置了密码验证，但是redis服务器的login响应速度极快，因此官方文件中提醒设置比较复杂的密码，防止机器破解

redis配置密码

1. vim /etc/redis.conf
2. requirepass littlehann 
//littlehann是设置的密码
3. 重启redis
sudo service redis restart  
#或者  
sudo service redis stop  
sudo redis-server /etc/redis.conf  

4. 尝试登录redis，在没有进行身份认证的情况下
(error) ERR operation not permitted

5. 进行身份认证
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 -a littlehann  
#或者
redis-cli 
auth littlehann

除了使用这种修改配置文件并重启的方式进行redis密码配置之外，还可以通过指令，动态地对redis进行密码配置(重启后失效)

1. config set requirepass my_redis  
2. config get requirepass  
//无需重启redis，之前配置的老密码会失效(只在本次启动声明周期内有效) 

Relevant Link:

http://try.redis.io/
http://www.redis.cn/
http://jandyu.diandian.com/post/2012-03-15/16145594
http://tech.it168.com/a2011/0818/1234/000001234478_all.shtml
http://hedatou.com/archives/introduction_to_redis.html
http://blog.csdn.net/tianmohust/article/details/7739739
http://www.redis.cn/commands.html
http://www.lvtao.net/content/book/redis.htm 
http://blog.csdn.net/zyz511919766/article/details/4226821

2. Redis安装配置

0x1: 主程序安装

cd /usr/local
wget http://download.redis.io/releases/redis-2.8.13.tar.gz
tar xzf redis-2.8.13.tar.gz
cd redis-2.8.13
make
/*make命令执行完成后，会在当前src目录(/usr/local/redis-2.8.13/src)下生成本个可执行文件如下：
1. redis-server：Redis服务器的daemon启动程序
2. redis-cli：Redis命令行操作工具。当然，你也可以用telnet根据其纯文本协议来操作
3. redis-benchmark：Redis性能测试工具，测试Redis在你的系统及你的配置下的读写性能
4. redis-stat：Redis状态检测工具，可以检测Redis当前状态参数及延迟状况 
*/

0x2: 命令测试

//启动server
./redis-server
//测试benchmark
./redis-benchmark
//使用内置的客户端连接Redis
./redis-cli
127.0.0.1:6379> set foo bar
OK
127.0.0.1:6379> get foo
"bar"
127.0.0.1:6379>

0x3: 运行Redis所需要的内核参数优化

/*
1. overcommit_memory
指定了内核针对内存分配的策略，其值可以是0、1、2。
0: 表示内核将检查是否有足够的可用内存供应用进程使用
    1) 如果有足够的可用内存，内存申请允许
    2) 否则，内存申请失败，并把错误返回给应用进程
1: 表示内核允许分配所有的物理内存，而不管当前的内存状态如何
2: 表示内核允许分配超过所有物理内存和交换空间总和的内存
*/
vim /etc/sysctl.conf
//添加
vm.overcommit_memory=1
//刷新配置使之生效
sysctl vm.overcommit_memory=1 

0x4: Redis配置文件

vim /usr/local/redis-2.8.13/redis.conf
//1. 开启守护进程
daemonize yes 
//2. 每隔5秒输出一行监控信息(默认)
daemonize no

//3. 减小改变次数，这个参数可以根据情况进行指定
save 60 1000 

//4. 分配256M内存
maxmemory 256000000  
 
//5. pid文件位置
pidfile /var/run/redis.pid 

//6. 监听的端口号
port 6379

//7. 请求超时时间
timeout 0

//8. log信息级别
loglevel notice

//9. 开启数据库的数量
databases 16

/*
10. 保存快照的频率
    1) 第一个*表示多长时间
    2) 第二个*表示执行多少次写操作
在一定时间内执行一定数量的写操作时，自动保存快照。可设置多个条件
*/
save * *

//11. 是否使用压缩
rdbcompression yese

//12. 数据快照文件名(只是文件名，不包括目录)
dbfilename dump.rdb

//13. 数据快照的保存目录(这个是目录)
dir ./

//14. 是否开启appendonlylog，开启的话每次写操作会记一条log，这会提高数据抗风险能力，但影响效率
appendonly no

/*
15. appendonlylog如何同步到磁盘
    1) always: 每次写都强制调用fsync
    2) everysec: 每秒启用一次fsync
    3) no: 不调用fsync等待系统自己同步
*/ 
appendfsync everysec

配置好保存，重启redis，就可以正常启动了，和mysql一样，redis是基于socket监听端口的方式提供服务的，我们可以使用telnet、或者socket方式进行连接

Relevant Link:

http://www.redis.cn/documentation.html
http://www.redis.cn/download.html
http://www.php100.com/html/webkaifa/PHP/PHPyingyong/2011/0406/7873.html

3. 编程使用Redis

0x1: PHP连接Redis

使用php连接redis需要安装php的扩展

下载redis扩展源代码
http://pecl.php.net/package/redis
解压缩后进行编译
phpize
./configure --enable-hello
make
关于php扩展的原理以及编译过程请参阅另一篇文章
http://www.cnblogs.com/LittleHann/p/3562259.html
将编译好的.so文件复制到php的扩展目录中
cp redis.so /usr/lib/php/modules/
修改php.ini中的extension，增加redis扩展的自动启动
重启apache即可

Code

<?php  
    $redis = new redis();  
    $result = $redis->connect('192.168.207.128', 6379);  
    var_dump($result); //结果：bool(true)  

    $result = $redis->set('name',"LittleHann");  
    var_dump($result); //结果：bool(true)  

    $result = $redis->get('name'); 
    var_dump($result); //结果：LittleHann 

    $redis->delete('name');  
    var_dump($result); //结果：bool(true)  
?>  

Relevant Link:

https://github.com/nrk/predis
https://github.com/Shumkov/Rediska
https://github.com/jdp/redisent
http://www.cnblogs.com/ikodota/archive/2012/03/05/php_redis_cn.html
http://blog.51yip.com/cache/1439.html
http://www.cnblogs.com/jackluo/p/3412670.html

0x2: Java连接Redis

Relevant Link:

http://outofmemory.cn/code-snippet/128/java-usage-redis-jiandan-usage
http://www.cnblogs.com/edisonfeng/p/3571870.html

4. 使用Lua脚本(Redis将lua引擎静态编译包含使redis具备解析lua脚本的能力)

0x1: 初始化 Lua 环境

在初始化 Redis 服务器时， 对 Lua 环境的初始化也会一并进行，为了让 Lua 环境符合 Redis 脚本功能的需求， Redis 对 Lua 环境进行了一系列的修改， 包括添加函数库、更换随机函数、保护全局变量， 等等
整个初始化 Lua 环境的步骤如下

1. 调用 lua_open 函数，创建一个新的 Lua 环境 
2. 载入指定的 Lua 函数库，包括：
    1) 基础库(base lib)
    2) 表格库(table lib)
    3) 字符串库(string lib)
    4) 数学库(math lib)
    5) 调试库(debug lib)
    6) 用于处理 JSON 对象的 cjson 库
    7) 在 Lua 值和 C 结构(struct)之间进行转换的 struct 库 
    8) 处理 MessagePack 数据的 cmsgpack 库 
3. 屏蔽一些可能对 Lua 环境产生安全问题的函数，比如 loadfile
4. 创建一个 Redis 字典，保存 Lua 脚本，并在复制(replication)脚本时使用。字典的键为 SHA1 校验和，字典的值为 Lua 脚本 
5. 创建一个 redis 全局表格到 Lua 环境，表格中包含了各种对 Redis 进行操作的函数，包括 
    1) 用于执行 Redis 命令的 redis.call 和 redis.pcall 函数 
    2) 用于发送日志(log)的 redis.log 函数，以及相应的日志级别(level)
        redis.LOG_DEBUG
        redis.LOG_VERBOSE
        redis.LOG_NOTICE
        redis.LOG_WARNING
    3) 用于计算 SHA1 校验和的 redis.sha1hex 函数 
    4) 用于返回错误信息的 redis.error_reply 函数和 redis.status_reply 函数 
6. 用 Redis 自己定义的随机生成函数，替换 math 表原有的 math.random 函数和 math.randomseed 函数，新的函数具有这样的性质：每次执行 Lua 脚本时，除非显式地调用 math.randomseed ，否则 math.random 生成的伪随机数序列总是相同的 
7. 创建一个对 Redis 多批量回复(multi bulk reply)进行排序的辅助函数 
8. 对 Lua 环境中的全局变量进行保护，以免被传入的脚本修改 
9. 因为 Redis 命令必须通过客户端来执行，所以需要在服务器状态中创建一个无网络连接的伪客户端(fake client)，专门用于执行 Lua 脚本中包含的 Redis 命令：当 Lua 脚本需要执行 Redis 命令时，它通过伪客户端来向服务器发送命令请求，服务器在执行完命令之后，将结果返回给伪客户端，而伪客户端又转而将命令结果返回给 Lua 脚本 
10. 将 Lua 环境的指针记录到 Redis 服务器的全局状态中，等候 Redis 的调用 

这些步骤都执行完之后， Redis 就可以使用 Lua 环境来处理脚本了

0x2: 脚本的安全性

Redis 对 Lua 环境所能执行的脚本做了一个严格的限制 —— 所有脚本都必须是无副作用的纯函数(pure function)
为此，Redis 对 Lua 环境做了一些列相应的措施

1. 不提供访问系统状态状态的库(比如系统时间库)
2. 禁止使用 loadfile 函数
3. 如果脚本在执行带有随机性质的命令(比如 RANDOMKEY )，或者带有副作用的命令(比如 TIME )之后，试图执行一个写入命令(比如 SET )，那么 Redis 将阻止这个脚本继续运行，并返回一个错误 
4. 如果脚本执行了带有随机性质的读命令(比如 SMEMBERS )，那么在脚本的输出返回给 Redis 之前，会先被执行一个自动的字典序排序，从而确保输出结果是有序的 
5. 用 Redis 自己定义的随机生成函数，替换 Lua 环境中 math 表原有的 math.random 函数和 math.randomseed 函数，新的函数具有这样的性质：每次执行 Lua 脚本时，除非显式地调用 math.randomseed ，否则 math.random 生成的伪随机数序列总是相同的 

经过这一系列的调整之后， Redis 可以保证被执行的脚本

1. 无副作用
2. 没有有害的随机性
3. 对于同样的输入参数和数据集，总是产生相同的写入命令

0x3: 脚本的执行

在脚本环境的初始化工作完成以后， Redis 就可以通过 EVAL 命令或 EVALSHA 命令执行 Lua 脚本了

1. EVAL(对输入的脚本代码体进行求值)

EVAL "return 'hello world'" 0

由于redis替换了lua中的基本库全局变量，产生了sandbox的效果，所以很多提权操作是不允许的

eval "return io.popen('ifconfig')" 0

2. EVALSHA 则要求输入某个脚本的 SHA1 校验和， 这个校验和所对应的脚本必须至少被 EVAL 执行过一次

Relevant Link:

http://www.redis.cn/commands/eval.html
http://origin.redisbook.com/feature/scripting.html

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