Redis五大基本数据类型（String、LIst、Set、Hash、ZSet）及其底层结构

柔光的暖阳◎ 2023-10-04 19:21 6阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  零、Redis中Key相关操作
 *  一、字符串(String)
 *  二、列表(List)
 *  三、集合(Set)
 *  四、哈希(Hash)
 *  五、有序集合(Zset)

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## 零、Redis中Key相关操作 ##

*  `keys *` 查看当前库所有key (匹配：keys \*1)
 *  `exists key` 判断某个key是否存在
 *  `type key` 查看你的key是什么类型
 *  `del key` 删除指定的key数据
 *  `unlink key` 根据value选择非阻塞删除仅将keys从keyspace元数据中删除，真正的删除会在后续异步操作。
 *  `expire key 10` 10秒钟：为给定的key设置过期时间
 *  `ttl key` 查看还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期
 *  `select` 切换数据库
 *  `dbsize` 查看当前数据库的key的数量
 *  `flushdb` 清空当前库
 *  `flushall` 通杀全部库

![在这里插入图片描述][630742d804864b918435ad34a5c409db.png]

## 一、字符串(String) ##

**概述**

*  String是Redis最基本的类型，你可以理解成与Memcached一模一样的类型，一个`key`对应一个`value`。
 *  String类型是二进制安全的。意味着Redis的String可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象。
 *  String类型是Redis最基本的数据类型，一个Redis中字符串value最多可以是`512M`

**常用命令**

*  `set <key><value>` 添加键值对
 *  `get <key>` 查询对应键值
 *  `append <key><value>`将给定的 追加到原值的末尾
 *  `strlen <key>` 获得值的长度
 *  `setnx <key><value>` 只有在 key 不存在时 设置 key 的值
 *  `incr <key>` 将 key 中储存的数字值增1只能对数字值操作，如果为空，新增值为
 *  `decr <key>` 将 key 中储存的数字值减1只能对数字值操作，如果为空，新增值为-1
 *  `mset <key1><value1><key2><value2> .....` 同时设置一个或多个 key-value对
 *  `mget <key1><key2><key3> .....`同时获取一个或多个 value
 *  `msetnx <key1><value1><key2><value2> .....` 同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在。
 *  `getrange <key><起始位置><结束位置>` 获得值的范围，类似java中的substring，前包，后包
 *  `setrange <key><起始位置><value>用 <value> 覆写<key>` 所储存的字符串值，从<起始位置>开始(索引从0开始)。
 *  `setex <key><过期时间><value>` 设置键值的同时，设置过期时间，单位秒。

**底层数据结构**

String的数据结构为简单动态字符串。它是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于`Java`的`ArrayList`，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配.

![在这里插入图片描述][a38a5edee7504d4a92d7062fabbf9226.png]

如上图，内部为当前字符串实际分配的空间**capacity**一般要高于实际字符串长度**length**。当字符串长度**小于1M**时，扩容都是**加倍现有的空间**，如果**超过1M**，扩容时**一次只会多扩1M的空间**。需要注意的是**字符串最大长度为512M。**

## 二、列表(List) ##

**概述**

*  相当于是单个键对应多个值。
 *  Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。
 *  它的底层实际是个**双向链表**，对两端的操作性能很高，通过索引下标的操作中间的节点性能会较差。

![在这里插入图片描述][97e64e341989449cba4b8e9bc5139a29.png]

**常用命令**

*  `lpush/rpush <key><value1><value2><value3> ....` 从左边/右边插入一个或多个值。
 *  `lpop/rpop <key>` 从左边/右边吐出一个值。值在键在，值光键亡。
 *  `rpoplpush <key1><key2>`从`<key1>` 列表右边吐出一个值，插到`<key2>`列表左边。
 *  `lrange <key><start><stop>` 按照索引下标获得元素(从左到右)
 *  `lrange key 0 -1` 0左边第一个，-1右边第一个，（0-1表示获取所有）
 *  `lindex <key><index>` 按照索引下标获得元素(从左到右)
 *  `llen <key>` 获得列表长度
 *  `linsert <key> before <value><newvalue>` 在`<value>`的后面插入`<newvalue>`插入值
 *  `lrem <key><n><value>` 从左边删除n个value(从左到右)
 *  `lset<key><index><value>` 将列表key下标为index的值替换成value

**底层数据结构**

List的数据结构为快速链表`quickList`。首先在列表元素较少的情况下会使用一块连续的内存存储，这个结构是`ziplist`，也即是**压缩列表**。它将所有的元素紧挨着一起存储，分配的是一块连续的内存。当数据量比较多的时候才会改成quicklist。

因为普通的链表需要的附加指针空间太大，会比较浪费空间。比如这个列表里存的只是int类型的数据，结构上还需要两个额外的指针prev和next。

![在这里插入图片描述][88824ec855854b7a9ee807a712b4b425.png]

Redis将`链表和ziplist`结合起来组成了quicklist。也就是将多个ziplist使用双向指针串起来使用。这样**既满足了快速的插入删除性能，又不会出现太大的空间冗余。**

## 三、集合(Set) ##

**概述**

*  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。
 *  Redis的**Set是String类型的无序集合**。它底层**其实是一个value为null的hash表**，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。随着数据的增加，执行时间的长短，如果是O(1)，数据增加，查找数据的时间不变.

**常用命令**

*  `sadd <key><value1><value2> .....` 将一个或多个 member 元素加入到集合 key 中，已经存在的member 元素将被忽略
 *  `smembers <key>`取出该集合的所有值。
 *  `sismember <key><value>`判断集合`<key>`是否为含有该`<value>`值，有1，没有0
 *  `scard<key>`返回该集合的元素个数。
 *  `srem <key><value1><value2> ....` 删除集合中的某个元素。
 *  `spop <key>`随机从该集合中吐出一个值。
 *  `srandmember <key><n>`随机从该集合中取出n个值。不会从集合中删除 。
 *  `smove <source><destination>value`把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合
 *  `sinter <key1><key2>`返回两个集合的交集元素。
 *  `sunion <key1><key2>`返回两个集合的并集元素。
 *  `sdiff <key1><key2>`返回两个集合的差集元素(key1中的，不包含key2中的)

**底层数据结构**

*  Set数据结构是`dict`字典，字典是用哈希表实现的。
 *  Java中`HashSet`的内部实现使用的是`HashMap`，只不过所有的value都指向同一个对象。Redis的set结构也是一样，它的内部也使用hash结构，所有的value都指向同一个内部值。

## 四、哈希(Hash) ##

**概述**

*  Redis **hash 是一个键值对集合。**
 *  Redis **hash是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象。**
 *  **类似Java里面的Map<String,Object>**

**常用命令**

*  `hset <key><field><value>`给`<key>`集合中的 `<field>`键赋值`<value>`
 *  `hget <key1><field>`从`<key1>`集合`<field>`取出 `value`
 *  `hmset <key1><field1><value1><field2><value2>...` 批量设置hash的值
 *  `hexists<key1><field>`查看哈希表 key 中，给定域 field 是否存在。
 *  `hkeys <key>`列出该hash集合的所有field
 *  `hvals <key>`列出该hash集合的所有value
 *  `hincrby <key><field><increment>`为哈希表 key 中的域 field 的值加上增量 1 -1
 *  `hsetnx <key><field><value>`将哈希表 key 中的域 field 的值设置为 value ，当且仅当域 field 不存在

**底层数据结构**

**Hash类型对应的数据结构是两种：ziplist（压缩列表），hashtable（哈希表）。当field-value长度较短且个数较少时，使用ziplist，否则使用hashtable。**

## 五、有序集合(Zset) ##

**概述**

*  Redis有序集合zset与普通集合set非常相似，是一个没有重复元素的字符串集合。不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分（score）,这个评分（score）被用来按照从最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的，但是评分可以是重复了。因为元素是有序的, 所以你也可以很快的根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素。
 *  访问有序集合的中间元素也是非常快的,因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。

**常用命令**

*  `zadd <key><score1><value1><score2><value2>…`将一个或多个 member 元素及其score 值加入到有序集 key 当中
 *  `zrange <key><start><stop> [WITHSCORES]` 返回有序集 key 中，下标在`<start><stop>`之间的元素，带WITHSCORES，可以让分数一起和值返回到结果集。
 *  `zrangebyscore key minmax [withscores] [limit offset count]`返回有序集 key 中，所有 score 值介于 min 和 max 之间(包括等于 min 或 max )的成员。有序集成员按 score 值递增(从小到大)次序排列。
 *  `zrevrangebyscore key maxmin [withscores] [limit offset count]` 同上，改为从大到小排列。
 *  `zincrby <key><increment><value>` 为元素的score加上增量
 *  `zrem <key><value>`删除该集合下，指定值的元素
 *  `zcount <key><min><max>`统计该集合，分数区间内的元素个数
 *  `zrank <key><value>`返回该值在集合中的排名，从0开始。

**底层数据结构**

`SortedSet`(zset)是Redis提供的一个非常特别的数据结构，一方面它等价于Java的数据结构`Map<String, Object>`，可以给每一个元素value赋予一个权重score，另一方面它又类似于`TreeSet`，内部的元素会按照权重`score`进行排序，可以得到每个元素的名次，还可以通过score的范围来获取元素的列表。

zset底层使用了两个数据结构：

1.  `hash`，hash的作用就是关联元素value和权重score，保障元素value的唯一性，可以通过元素value找到相应的score值。
2.  `跳跃表`，跳跃表的目的在于给元素value排序，根据score的范围获取元素列表。

**关于跳跃表**

有序集合在生活中比较常见，例如根据成绩对学生排名，根据得分对玩家排名等。对于有序集合的底层实现，可以用`数组`、`平衡树`、`链表`等。数组不便元素的插入、删除；平衡树或红黑树虽然效率高但结构复杂；链表查询需要遍历所有效率低。Redis采用的是`跳跃表`。**跳跃表效率堪比红黑树，实现远比红黑树简单**。

**有序链表与跳跃表**

有序链表：

![在这里插入图片描述][ba5f3ee518c04c9db642eff98bd954d1.png]

如果我们需要查找元素为16的元素，必须从第一个元素开始查找，需要比较4次才能找到。那如果是跳跃表呢？

跳跃表：

![在这里插入图片描述][47ec311c8a5840798ffc82b2557c3dc1.png]  
查找元素为16，先去蒂2层第1个节点开始向后比较，3比16小到10，10比16小继续向后比，后面为null; 然后去第1层，20比16大，向前找，找到元素16，只需要3次就可查到，所以跳跃表的效率比单链表效率高。

本次分享的内容到这里就结束了，希望对大家有所帮助！！！

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