Redis (kurz für Remote Dictionary Server) ist ein OpenSource Datenbank-System. Durch seine No-SQL-Beschaffenheit widerspricht es dem gängingen Konzept einer relationalen Datenbank, mit der via SQL kommuniziert wird. Redis gehört zur Familie der In-Memory-Datenbanken. Das bedeutet, dass sich der Datenbestand im Hauptspeicher befindet.

Daten werden durch eine einfache Schlüssel-Wert-Struktur erfasst und in Hash-Tables organisiert. Somit wird ein Wert mit einem Schlüssel identifiziert. Die Datenbank funktioniert somit wie ein großes Wörterbuch.

Da sich alle Daten im Hauptspeicher befinden, können Zugriffe auf indizierte Daten sehr schnell erfolgen. Laut Wikipedia-Artikel können mit Redis bis zu ca. 100.000 Schreibvorgänge und ca. 80.000 Lesevorgänge pro Sekunde durchgeführt werden. Diese Werte liegen deutlich über denen gängiger relationalen Datenbanksystemen wie MySQL. Auch auf herkömmlicher Hardware (z.B. gängige Desktop-PCs) ist dieser Geschwindigkeitsvorteil merkbar.

Die Schlüssel-Wert-Architektur eignet sich prinzipiell für einfache Datenstrukturen. Für die Abbildung komplexerer Strukturen ist Redis nur bedingt geeignet; dazu müssen diese aufwändig auf die Schlüssel-Wert-Struktur abgebildet werden. Ein größerer Nachteil liegt im Fehlen der Persistenz. Da sich alle Daten im Hauptspeicher befinden gehen sie prinzipiell verloren, wenn der Redis-Server oder das ganze System neugestartet werden. Allerdings bietet Redis die Möglichkeit den Datenbestand beispielsweise zyklisch auf die Festplatte zu sichern. Für ACID-konforme Systeme ist Redis jedoch nicht geeignet.

Redis ist OpenSource und kann auf der offiziellen Projekt-Seite heruntergeladen werden. Im Folgenden wird die Installation auf linux-basierten Systemen mittels Makefile beschrieben.

Nachdem das Archiv heruntergeladen und entpackt wurde (z.B. nach /opt/redis) kann es mittels

make all

kompiliert werden. Anschließend stehen im Verzeichnis src/ die Programme redis-server und redis-cli zur Verfügung. Um den Server bzw. CLI-Client bequem starten zu können, bietet sich die Erstellung eines Shell-Skripts an:

/usr/sbin/redis-server

#!/bin/bash
cd /opt/redis/src
./redis-server &

Nachdem das Skript mit

chmod +x /usr/sbin/redis-server

(als root) ausführbar gemacht wurde, kann der Redis-Server mittels redis-server gestartet bzw. mit killall redis-server beendet werden.

/usr/sbin/redis-cli

#!/bin/bash
cd /opt/redis/src
./redis-cli

Ebenfalls mit

chmod +x /usr/sbin/redis-cli

(als root) kann der CLI-Client ausführbar gemacht und mit redis-client gestartet werden.

Der Umgang mit dem interaktiven CLI-Client wird im kommenden Abschnitt erklärt.

Mit redis-cli kann der interaktive CLI-Client gestartet werden. Wer sich zunächst erst an Redis ausprobieren möchte, ohne etwas zu installieren, kann Try Redis online ausprobieren. Redis unterstützt folgende Datentypen:

Wer bisher mit relationalen, SQL-kompatiblen Datenbanken gearbeitet hat, „denkt“ bereits relational. Im Folgenden werde ich eine Möglichkeit zeigen, wie eine einfache relationale Datenbank auf eine Redis-Datenbank abgebildet werden könnte. Dabei handelt es sich um eine Möglichkeit von sicherlich vielen.

Tabelle Account
    Primärschlüssel ID (int)
    E-Mail-Adresse (varchar)
    Passwort (varchar)
    Mentor (Fremdschlüssel auf Account)

In Redis ließe sich dies abbilden, indem kombinierte Schlüssel verwendet werden. Dabei werden atomate Informationen (E-Mail-Adresse, Zeitstempel, Betreff usw.) hinter eingenständigen Schlüssel gespeichert. So beschreiben folgende Schlüssel die nebenstehenden Werte:

• account:0:email beschreibt die E-Mail-Adresse (String) des Accounts mit der ID 0.
• account:17:pwd beschreibt das Passwort (String) des Accounts mit der ID 17.
• account:12:mentor beschreibt den Mentor (Primärschlüssel des beziehnden Accounts String) des Accounts mit der ID 12
• usw.

Dadurch können zunächst automate Werte gespeichert und geladen werden:

> set "account:0:email" "foo@bar.com"
OK
> set "account:17:pwd" "secret123"
OK
> get "account:0:email"
"foo@bar.com"

Das Einfügen eines Neuen Datensatzes Account(„wiki@proggen.org“, „zugeheim1337“) mit neuem Primärschlüssel ist beispielsweise folgendermaßen möglich:

> incr "account_id"
(integer) 2
> sadd "accountss" 2
(integer) 1
> set "account:2:email" "wiki@proggen.org"
OK
> set "account:2:pwd" "zugeheim1337"
OK

Dabei erhöht inc den Wert von account_id. Existiert account_id nicht, wird der Wert 1 verwendet. Mittels sadd fügen wir den Primärschlüssel 2 zur Menge accounts hinzu. Wollen wir später alle Accounts ermitteln, macht diese Menge über die aktuell verwendeten Primärschlüssel eine klare Aussage. Dies setzt natürlich voraus, dass wir beim Entfernen des Datensatzes ebenfalls diesen Index aktualisieren.

Ubuntu-basierte Systeme können das Paket python-redis installieren. Dieses Binding wird im folgenden Beispiel verwendet.

import redis
server = redis.Redis("localhost")
 
def add(email, pwd):
    # get next primary key
    account_id = server.incr("account_id")
    server.sadd("accounts", account_id)
    # add account
    key_for_email = "account:%i:email" % account_id
    key_for_pwd = "account:%i:pwd" % account_id
    server.set(key_for_email, email)):
    server.set(key_for_pwd, pwd)
    return account_id
 
def delete(account_id):
    # delete primary key
    server.srem("accounts", account_id)
    # delete account
    key_for_email = "account:%i:email" % account_id
    key_for_pwd = "account:%i:pwd" % account_id
    server.delete(key_for_email
    server.delete(key_for_pwd)

Natürlich fehlt das Arbeiten mit den Rückgabewerten, d.h. wenn server.sadd fehlschlägt würde dennoch der Datensatz hinzugefügt. Für das prinzipielle Verständnis der Arbeit mit Redis ist dies jedoch nicht primär.

Sollen nun Login-Daten geprüft werden, bietet sich eine Indizierung der E-Mail-Adresse an, d.h. hinter den Schlüssel account:EMAIL::id könnte der Primärschlüssel hinterlegt werden. Dies bietet sich beispielweise bei Registrierungen an, um die Vergabe der E-Mail-Adresse eindeutig zu machen (so dass sie nicht mehrfach verwendet werden kann). Diese und weitere Details bzw. Verhaltensweisen lassen sich mit Redis nachbilden.