《Redis开发与运维》- API的使用-2-五种常用数据结构

旧城等待， 2022-05-11 15:12 136阅读 0赞

## 《Redis开发与运维》- API的使用-2-五种常用数据结构 ##

## 1：字符串(String) ##

字符串类型的值可以使字符串（简单的字符串；复杂的字符串如JSON、XML；数字如整数、浮点数；甚至二进制如：图片、音频、视频），但最大值不能超过512M。

### 常用命令 ###

**1：设置值：**  
**>set key value \[ex seconds\] \[px milliseconds\] \[nx|xx\]**  
选项：  
ex seconds:设置秒级过期时间。  
px millisecods:设置毫秒级过期时间。  
nx：键必须不存在才能设置成功，用于添加。  
xx：与nx相反，必须存在才能设置成功，用于更新。  
【setnx命令的使用场景：由于redis的单线程命令处理机制，如果有多个客户端同时执行setnx key value，根据特性只有一个客户端可以设置成功，所以可以作为分布式锁的一种实现。官方分布式锁的方法：[https://redis.io/topics/distlock】][https_redis.io_topics_distlock]

**2：获取值：**  
**> get key**  
【如果不存在则返回nil】

**3:批量设置值**  
**>mset key value \[key value …\]**

**4:批量获取值**  
**>mget key \[key …\]**  
如果有些key不存在，则他的值是nil

**5:计数**  
**>incr key**  
incr命令用于对值做自增操作，返回结果分为三种情况：  
值不是整数，返回错误。  
值是整数，返回自增后的结果。  
键不存在，按照值为0自增，返回结果为1。

除了incr命令，redis提供了decr(自减)、incrby(自增指定数字)、decrby(自减指定数字)、incrbyfloat(自增浮点数)：  
decr key  
incrby key increment  
decrby key decrement  
incrbyfloat key increment

### 不常用命令 ###

**1：追加值**  
**>append key value**  
【可以向字符串尾部追加值】

**2：字符串长度**  
**>strlen key**  
【每个中文占用3个字节】

**3：设置并返回原值**  
**>getset key value**

### 内部编码 ###

字符串类型的内部编码有3种：  
**int：8个字节的长整型  
embstr：小于等于39个字节的字符串  
raw：大于39个字节的字符串**  
【redis会根据当前值的类型和长度决定使用哪种内部编码实现】

### 使用场景 ###

1：缓存功能  
2：计数  
【真实的技术系统要考虑的问题有很多：防作弊、按照不用维度计数、数据持久化到底层数据源等】  
3：共享session  
4：限速  
【利用自增实现多长时间操作多少次】

## 2：哈希(hash) ##

### 命令 ###

1：设置值  
hset key field value  
【redis也提供了 hsetnx命令，作用域为field】

2：获取值  
hget key value

3：删除field  
hdel key field \[field … \]  
hdel 会删除一个或多个field,返回结果为成功删除的field的个数。

4：计算field个数  
hlen key

5：批量设置获取field-value  
hmget key field \[field …\]  
hmset key field value \[field value …\]

6：判断field是否存在  
hexists key field

7：获取所有field  
hkeys key

8：获取所有value  
hvals key

9：获取所有field-value  
hgetall key  
【有渐进式遍历哈希类型的命令scan，可以避免hgetall 一个field很多的key造成的堵塞】

10：对field自增  
hincrby key field  
hincrbyfloat key field

### 内部编码 ###

哈希类型的编码有两种：  
1：ziplist(压缩列表)  
当哈希类型元素少于 hash-max-ziplist-entries 配置（默认512个）、同时所有值都小于 hash-max-ziplist-value配置（默认64字节）时，redis会使用ziplist作为哈希的内部实现，结构更加紧凑，节省内存占用。  
2：hashtable(哈希表)  
当不满足上面ziplist的条件时，redis会使用hashtable作为内部实现，因为此时的ziplist的读写效率会下降，而hashtable的读写时间复杂度为O(1)。

## 3：列表(List) ##

列表中的每个字符串元素成为元素，一个列表最多可以存储2^32 -1个元素。可以对列表两端插入（push）和弹出（pop）。可以获取指定范围的元素列表，可以获取指定索引下标的元素等，可以充当栈和队列的角色。  
![在这里插入图片描述][70]

### 命令 ###

1：添加  
右插：  
rpush key value \[value …\]  
左插：  
lpush key value \[value …\]  
向某个元素前或者后插入元素：  
linsert key before|after pivot value  
linsert命令会从列表中找到 pivot的元素， 在其前面或者后面 插入一个新的 元素value。

2：查找  
获取指定范围内的元素列表  
lrange key start end  
索引下标从左到右分别是 0到N-1,但从右到左分别是 -1到 -N  
lrange中的end选项包含了自身。

获取列表指定索引下标的元素  
lindex key index

获取列表长度  
llen key

删除  
lpop key 删除最左边元素  
rpop key 删除最右边元素

修改  
修改指定索引下标的元素  
lset key index newvalue

堵塞操作  
blpop key \[key …\] timeout  
brpop key \[key …\] timeout  
【1：列表为空，如果timeout=3,那么客户端要等到3秒后返回，如果timeout=0,那么客户端会一直堵塞下去。  
2：列表不为空，客户端会立即返回。】

### 内部编码 ###

列表类型的内部编码有两种  
ziplist：当元素个数小于 list-max-ziplist-entries配置（默认512个），同时小于 list-max-ziplist-value配置（默认64字节），redis会采用ziplist作为内部实现。  
linkedlist：当元素无法满足ziplist的条件时。

### 使用场景 ###

**消息队列**  
lpush+brpop命令组合可以实现堵塞队列，生产者客户端用lpush从左侧列表插入元素，多个消费者客户端使用brpop命令堵塞式的抢到列表尾部元素，多个客户端保证了消费的负载均衡和高可用性。  
![在这里插入图片描述][70 1]

lrange 命令在列表两端性能较好，但是如果列表较大，获取列表中间范围的元素性能就会变差。quicklist内部编码，获取列表中间范围的元素时也可以高效完成。

**实际上列表的使用场景很多：  
lpush + lpop = Stack(栈)  
lpush + rpop = Queue(队列)**

## 4：集合（set） ##

不可重复，元素无序。一个集合中最多可以存储2^32 -1个元素，除了支持集合内的增删改查，还支持多个集合取交集、并集、差集，合理的使用好集合可以解决实际开发中的很多问题。

### 命令 ###

#### 集合内操作： ####

1：添加  
sadd key element \[element …\]

2:删除  
srem key element \[element…\]  
【返回结果为成功删除元素的个数】

3:计算元素个数  
scard key  
【scard的时间复杂度是O(1)，它不会遍历集合内的所有元素，而是直接使用Redis内部的变量】

4：判断元素是否在集合中  
sismember key element  
【如果给定的元素在集合内，返回1，否则返回0】

5：随机从集合中返回指定个数的元素  
srandmember key \[count\]  
【count是可选参数，不写默认为1】

6：从集合中随机弹出元素  
spop key  
【redis从3.2版本开始，spop也支持count参数】  
【srandmember和spop都是随机从集合选出元素，两者不同的是spop命令会把选出的元素从集合中删除，srandmember则不会】

7：获取所有元素  
smembers key  
【smembers和lrange、hgetall都属于比较重的命令，如果元素比较多可能存在堵塞的可能性，这时候可以使用**sscan**来完成，后面介绍】

#### 集合间操作： ####

1：求多个集合交集  
sinter key \[key …\]

2：求多个集合的并集  
sunion key \[key …\]

3：求多个集合的差集  
sdiff key \[key …\]

4：将交集、并集、差集的结果保存  
sinterstore destination key \[key …\]  
sunionstore destination key \[key …\]  
sdiffstore destination key \[key…\]  
【集合间的运算在元素较多的情况下会比较耗时，所以 (原命令+store) 将集合间的交集、并集、差集的结果保存在destination key 中 】

### 内部编码 ###

**intset(整数集合)**：当集合中的元素都是整数且元素个数小于set-max-intset-entries配置（默认512个）时，redis会选用intset来作为集合的内部编码，减少内存使用。  
**hashtable(哈希表)**：当集合类型无法满足intset的条件时，Redis会使用hashtable作为集合的内部实现。

#### 使用场景 ####

比较典型的场景就是标签。  
给用户添加标签，给标签添加用户 sadd

spop/srandmember = Random item(生成随机数，如抽奖)  
sadd+sinter = Social Graph (社交需求)

## 5：有序集合（zset） ##

不可重复，但是元素可以排序，它不是和列表使用索引作为排序依据，而是给每一个元素设置一个score作为排序依据。  
有序集合中的元素不能重复，但是score可以重复。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dmemN6YW5ncGVuZw_size_27_color_FFFFFF_t_70]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dmemN6YW5ncGVuZw_size_27_color_FFFFFF_t_70 1]

### 命令 ###

#### 集合内 ####

1：添加  
zadd key score member \[score member …\]  
【返回结果代表成功添加成员的个数】  
【Redis3.2为zadd命令添加了 nx，xx，ch，ch四个选项  
nx : member必须不存在才可以设置成功，用于添加。  
xx：member必须存在，才可以设置成功，用于更新。  
ch：返回此次操作后，有序集合和分数发生变化的个数。  
incr：对score做增加，相当于zincrby】  
【有序集合相比集合提供了排序字段，但也产生了代价，zadd的时间复杂度为O(log(n))，sadd的时间复杂度为O(1)】

2：计算成员个数  
zcard key

3：计算某个成员的分数  
zscore key member  
【成员不存在返回nil】

4：计算成员的排名  
zrank key member 【分数从低到高返回排名】  
zrevrank key member 【从高到低返回排名】  
【排名从0开始计算】

5：删除成员  
zrem key member \[member …\]  
【返回成功删除的个数】

6：增加成员的分数  
zincrby key increment member  
:> zincrby user:ranking 9 tom

7：返回指定**排名**范围的成员  
zrange key start end \[withscoes\]  
zrevrange key start end \[withscores\]  
【加上withscores同时会返回成员的分数】

8：返回指定**分数**范围的成员  
zrangebyscore key min max \[withscores\] \[limit offset count\]  
zrevrangebyscore key min max \[withscores\] \[limit offset count\]  
【\[limit offset count\]选项可以限制输出的起始位置和个数】  
【同时min和max 还支持开区间（小括号）和闭区间（中括号），-inf和 +inf分别代表无限小和无限大】  
：>zrangebyscore user:ranking (200 +inf withscores

9：返回指定分数范围的成员个数  
zcount key min max

10：删除指定排名内的升序元素  
zremrangebyrank key start end

11：删除指定分数范围的成员  
zremrangebyscore key min max

#### 集合间操作 ####

1：交集  
2：并集  
此处略。

### 内部编码 ###

有序集合的内部编码有两种  
**1:ziplist(压缩列表)** 当有序集合的元素个数小于 zset-max-ziplist-entries配置（默认128个）,同时每个元素的值都小于zset-max-ziplist-value配置（默认64字节）时，Redis会使用ziplist来作为有序集合的内部实现，可以有效减少内存的使用。  
**2：skiplist(跳跃表)** 当ziplist 条件不满足时，有序集合会使用skiplist作为内部实现，此时ziplist的读写效率会下降。

### 使用场景 ###

有序集合比较典型的场景就是 排行榜。  
如视频网站需要对用户上传的视频做排行榜，榜单的维度可以使多个方面的：按时间、播放量、获得赞数。  
如添加用户赞数：zadd 和 zincrby  
取消赞：zrem.

[https_redis.io_topics_distlock]: https://redis.io/topics/distlock%E3%80%91
[70]: /images/20220505/85a1df8385ce40c78fe4cb828fe68d8f.png
[70 1]: /images/20220505/d484876d2eb84105a666fa9ab00a04ee.png
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