redis五种数据结构的实现及使用场景

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2023-02-16 12:03 20阅读 0赞

### 目录 ###

*   *   *   *  Redis对象底层数据结构
             *  字符串对象
             *  列表对象
             *  哈希对象
             *  集合对象
             *  有序集合对象

Redis是一种key/value型数据库，其中，每个key和value都是使用对象表示的。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类型</th> 
   <th>对象名</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>string</td> 
   <td>字符串对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>list</td> 
   <td>列表对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hash</td> 
   <td>哈希对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>set</td> 
   <td>集合对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>zset</td> 
   <td>有序集合对象</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

但为了提高存储效率与程序执行效率，每种对象的底层数据结构实现都可能不止一种。encoding就表示了对象底层所使用的编码。下面先介绍每种底层数据结构的实现，再介绍每种对象类型都用了什么底层结构并分析他们之间的关系。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0Z1dHVyZV9MTA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

#### Redis对象底层数据结构 ####

底层数据结构共有八种，如下表所示：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>编码类型</th> 
   <th><strong>编码所对应的底层数据结构</strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>REDIS_ENCODING_INT</td> 
   <td>long 类型的整数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>REDIS_ENCODING_EMBSTR</td> 
   <td>embstr 编码的简单动态字符串</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>REDIS_ENCODING_RAW</td> 
   <td>简单动态字符串</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>REDIS_ENCODING_HT</td> 
   <td>字典</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>REDIS_ENCODING_LINKEDLIST</td> 
   <td>双端链表</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>REDIS_ENCODING_ZIPLIST</td> 
   <td>压缩列表</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>REDIS_ENCODING_INTSET</td> 
   <td>整数集合</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>REDIS_ENCODING_SKIPLIST</td> 
   <td>跳跃表和字典</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 字符串对象 ####

字符串对象的编码可以是int、raw或者embstr。

如果一个字符串的内容可以转换为long，那么该字符串就会被转换成为long类型，对象的ptr就会指向该long，并且对象类型也用int类型表示。

普通的字符串有两种，embstr和raw。embstr应该是Redis 3.0新增的数据结构,在2.8中是没有的。如果字符串对象的长度小于39字节，就用embstr对象。

使用场景：

1.  缓存功能：字符串最经典的使用场景，redis最为缓存层，Mysql作为储存层，绝大部分请求数据都是redis中获取，由于redis具有支撑高并发特性，所以缓存通常能起到加速读写和降低 后端压力的作用。
2.  计数器：许多运用都会使用redis作为计数的基础工具，他可以实现快速计数、查询缓存的功能，  
    同时数据可以一步落地到其他的数据源。  
    如：视频播放数系统就是使用redis作为视频播放数计数的基础组件。
3.  共享session：出于负载均衡的考虑，分布式服务会将用户信息的访问均衡到不同服务器上，用户刷新一次访问可能会需要重新登录，为避免这个问题可以用redis将用户session集中管理，在这种模式下只要保证redis的高可用和扩展性的，每次获取用户更新或查询登录信息都直接从redis中集中获取。
4.  限速：处于安全考虑，每次进行登录时让用户输入手机验证码，为了短信接口不被频繁访问，会限制用户每分钟获取验证码的频率。

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#### 列表对象 ####

列表对象的编码可以是ziplist或者linkedlist。

ziplist是一种压缩链表，它的好处是更能节省内存空间，因为它所存储的内容都是在连续的内存区域当中的。当列表对象元素不大，每个元素也不大的时候，就采用ziplist存储。但当数据量过大时就ziplist就不是那么好用了。因为为了保证他存储内容在内存中的连续性，插入的复杂度是O(N)，即每次插入都会重新进行realloc。

使用场景：

1.  消息队列： redis的lpush+brpop命令组合即可实现阻塞队列，生产者客户端是用lupsh从列表左侧插入元素，多个消费者客户端使用brpop命令阻塞时的“抢”列表尾部的元素，多个客户端保证了消费的负载均衡和高可用性

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#### 哈希对象 ####

哈希对象的底层实现可以是ziplist或者hashtable。

ziplist中的哈希对象是按照key1,value1,key2,value2这样的顺序存放来存储的。当对象数目不多且内容不大时，这种方式效率是很高的。

hashtable的是由dict这个结构来实现的，dict是一个字典

使用场景：

1.  哈希结构相对于字符串序列化缓存信息更加直观，并且在更新操作上更加便捷。所以常常用于**用户信息**等管理，但是哈希类型和关系型数据库有所不同，哈希类型是稀疏的，而关系型数据库是完全结构化的，关系型数据库可以做复杂的关系查询，而redis去模拟关系型复杂查询，开发困难，维护成本高。

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#### 集合对象 ####

集合对象的编码可以是intset或者hashtable。

intset是一个整数集合，里面存的为某种同一类型的整数，支持如下三种长度的整数：

#define INTSET_ENC_INT16 (sizeof(int16_t))
    #define INTSET_ENC_INT32 (sizeof(int32_t))
    #define INTSET_ENC_INT64 (sizeof(int64_t))

使用场景：

1.  标签（tag）：集合类型比较典型的使用场景，如一个用户对娱乐、体育比较感兴趣，另一个可能对新闻感兴趣，这些兴趣就是标签，有了这些数据就可以得到同一标签的人，以及用户的共同爱好的标签，这些数据对于用户体验以及曾强用户粘度比较重要。（用户和标签的关系维护应该放在一个事物内执行，防止部分命令失败造成数据不一致）
2.  sadd=tagging（标签）
3.  spop/srandmember=random item（生成随机数，比如抽奖）
4.  sadd+sinter=social Graph(社交需求)

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#### 有序集合对象 ####

有序集合的编码可能两种，一种是ziplist，另一种是skiplist与dict的结合。

ziplist作为集合和作为哈希对象是一样的，member和score顺序存放。按照score从小到大顺序排列。它的结构不再复述。

skiplist是一种跳跃表，它实现了有序集合中的快速查找，在大多数情况下它的速度都可以和平衡树差不多。但它的实现比较简单，可以作为平衡树的替代品。它的结构比较特殊。\\

使用场景：

1.  排行榜：有序集合经典使用场景。例如视频网站需要对用户上传的视频做排行榜，榜单维护可能是多方面：按照时间、按照播放量、按照获得的赞数等。

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