本文将从基础概念入手,介绍键值存储(kvs)的概念、原理以及实战应用,并给出代码实现。通过阅读本文,您将了解键值存储的优缺点,如何选择最适合的键值存储方案,以及如何使用键值存储解决具体的需求。
一、什么是键值存储
键值存储(Key-Value Store,简称KVS)是一种数据存储方式,它将数据以键值对(Key-Value Pair)的形式保存在内存或者硬盘中。Key是数据的唯一标识符,Value是Key对应的数据内容。
相比于传统的关系型数据库(RDBMS),键值存储具有以下优点:
1、高性能:关系型数据库因为要维护多个表之间的关系,执行复杂查询语句会产生较高的性能开销。而键值存储则不需要产生这种开销,能够实现更高的读写速度。
2、极高扩展性:由于数据存储以Key-Value形式组织,相互之间的数据没有关系,所以扩展非常简单。可以增加更多的机器,来分担负载或者增加存储容量,而无需关心数据表之间的关系。
3、支持海量数据存储:由于KVS不需要大量数据之间的关系依赖,所以可以存储海量数据。而传统的关系型数据库会因为数据量过大而崩溃。
二、键值存储的原理
键值存储的实现可以分为两种:内存型和磁盘型。
内存型键值存储的数据保存在内存中,访问速度非常快。但是内存空间有限,无法存储大量数据。常用的内存型键值存储有Redis、Memcached等。
磁盘型键值存储的数据保存在磁盘中。相比于内存型键值存储,磁盘型键值存储可以用于存储大量数据,但是访问速度比较慢。磁盘型键值存储常用的有Berkeley DB、LevelDB、RocksDB等。
三、如何选择合适的键值存储方案
选择合适的键值存储方案要考虑以下因素:
1、数据量大小:如果数据量比较小,那么可以选择内存型键值存储;如果数据量比较大,那么需要选择磁盘型键值存储。
2、读写性能需求:如果需要高并发、低延迟的读写操作,那么可以选择Redis;如果对读写性能要求不高,但是需要支持高并发访问,那么可以选择Memcached。
3、数据可靠性:如果需要保证数据零丢失,那么可以选择采用主从架构或者集群,保证存储数据的高可用性。对于需要写入磁盘的数据存储,可以选择支持ACID特性的KVS,如Berkeley DB。
四、基于Redis的实战应用
1、Redis安装配置
#1. 下载源码。 $ wget http://download.redis.io/releases/redis-6.0.9.tar.gz #2. 解压源码。 $ tar zxvf redis-6.0.9.tar.gz #3. 进入刚解压的目录。 $ cd redis-6.0.9 #4. 编译并安装。 $ make $ sudo make install #5. 启动Redis服务器。 $ redis-server
2、Redis数据结构简介
Redis支持五种数据结构:String、List、Set、Sorted Set和Hash。下面是对这五种数据结构的简单介绍。
String:最简单的数据类型,可以存储字符串、整型和浮点型数据。
List:由多个字符串组成的有序列表,可以进行头部、尾部插入与删除等操作。
Set:由多个字符串组成的无序集合,支持集合间的交集、差集、并集等常规操作。
Sorted Set:由多个字符串组成的集合,并且每个元素带有一个权重值,支持按权重排序。
Hash:由多个键值对组成的哈希表,可以看作一个包含键值对的字典。
3、Redis存储数据
import redis # 连接Redis数据库 r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0) # 存储字符串类型数据 r.set('name', 'Tom') # 存储列表类型数据 r.lpush('names', 'Tom') r.lpush('names', 'Jerry') # 存储集合类型数据 r.sadd('fruits', 'apple') r.sadd('fruits', 'banana') # 存储有序集合类型数据 r.zadd('scores', {'Tom': 100, 'Jerry': 90, 'Mike': 80}) # 存储哈希表类型数据 r.hset('users', 'Tom', '20') r.hset('users', 'Jerry', '22')
4、Redis读取数据
# 读取字符串类型数据 name = r.get('name') print(name) # 读取列表类型数据 names = r.lrange('names', 0, -1) for name in names: print(name) # 读取集合类型数据 fruits = r.smembers('fruits') for fruit in fruits: print(fruit) # 读取有序集合类型数据 scores = r.zrange('scores', 0, -1, withscores=True) for score in scores: print(score) # 读取哈希表类型数据 users = r.hgetall('users') for key,value in users.items(): print(key, value)
5、Redis实战案例:全局计数器
基于Redis实现全局计数器功能,可以将计数器的值存储在Redis的String类型中,并且通过Redis的INCRBY命令实现计数器的自增操作。
import redis class Counter: def __init__(self, name): self.r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0) self.name = name def incr(self, amount=1): return self.r.incrby(self.name, amount) def get_value(self): return self.r.get(self.name)
五、小结
键值存储作为一种高效、灵活、可扩展的数据存储方式,在实际应用中得到了广泛的应用。本文通过介绍键值存储的概念、原理和实战应用案例,希望能够帮助读者了解键值存储的优势与不足,选择合适的键值存储方案,并解决实际应用场景中的问题。