Redis自学之路—基础数据结构（二）

我不是女神ヾ 2024-03-22 14:44 34阅读 0赞

**目录**

简介

Redis应用场景

Redis基础数据结构

一、string（字符串）

string类型相关指令

二、list（列表）

list类型相关指令

三、hash（字典）

hash类型相关指令

四、set（集合）

set类型相关指令

五、zset（有序列表）

zset类型相关指令

参考文献

通用规则

过期时间

--------------------

## 简介 ##

Redis由意大利人Salvatore Sanfilippo（网名Antirez）开发，Redis得默认端口是6379，这个端口号也不是随机选的，而是由手机键盘字母“MERZ”的位置决定的；“MERZ”在Antirez 的朋友圈语言中是“愚蠢”的代名词，它由于意大利广告女郎“Alessia Merz”在电视节目上说了一堆愚蠢的话而被人熟知。

![bc00687a76964baa9b3ef3dc03df54b8.png][]

## Redis应用场景 ##

*  热点数据缓存、对象缓存、全页缓存、热点数据缓存——缓存（string）
 *  分布式Session——数据共享分布式（string）
 *  分布式锁（string）
 *  全局ID（int，incrby）
 *  文章的阅读量、微博点赞数——计数器（int, incrby）
 *  限流（int,incrby）
 *  位统计（string）
 *  购物车（string或hash）
 *  用户消息时间线timeline（list）
 *  消息队列（list）
 *  抽奖（自带一个随机获得值：spop myset）
 *  点赞、签到、打卡
 *  商品标签
 *  商品筛选
 *  用户关注、推荐模型
 *  排行榜

## Redis基础数据结构 ##

Redis有5种基础数据结构，分别为： string（字符串）、list（列表）、hash（字典）、set（集合）和zset（有序集合）。

### 一、string（字符串） ###

字符串string是Redis最简单的数据结构，它的内部表示就是一个字符数组。Redis所有的数据结构都以唯一的key字符串作为名称，然后通过这个唯一key值来获取相应的value数据。不同类型的数据结构的差异就在于value的结构不一样。

Redis的字符串是动态字符串，是可以修改的字符串，内部结构的实现类似于Java的ArrayList，采用预分配冗余空间的方式减少内存的频繁分配，内部为当前字符串分配的实际空间capacity一般要高于实际字符串长度len。当字符串长度小于1MB时，扩容都是加倍现有的空间。如果字符串长度超过1MB，扩容时一次只会多扩1MB的空间。

> **注意：**
> 
> 字符串最大长度为512MB。

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#### string类型相关指令 ####

<table style="width:500px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><strong><span style="color:#fe2c24;">常用指令</span></strong></th> 
   <th><strong>说明</strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>get/set/del</td> 
   <td>查询/设置/删除</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>set rekey data</td> 
   <td>设置已经存在的key，会覆盖</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>setnx rekey data</td> 
   <td>设置已经存在的key，不会覆盖</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>set key value ex time</p> </td> 
   <td>设置带过期时间的数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>expire key</td> 
   <td>设置过期时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ttl</td> 
   <td>查看剩余时间，-1永不过期，-2过期</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>append key</td> 
   <td>合并字符串</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>strien key</td> 
   <td>字符串长度</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>incr key</td> 
   <td>累加1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>decr key</td> 
   <td>累减1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>incrby key num</td> 
   <td>累加给定数值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>decrby key num</p> </td> 
   <td>累减给定数值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>getrange key start end</td> 
   <td>截取数据，end=-1代表到最后</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>setrange key start newdata</td> 
   <td>从start位置开始替换数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>mset</td> 
   <td>连续设值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>mget</td> 
   <td>连续取值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>msetnx</td> 
   <td>连续设置，如果存在则不设置</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table style="width:500px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><strong><span style="color:#ff9900;">其他指令</span></strong></th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>select index</td> 
   <td>切换数据库，总共默认16个</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>flushdb</td> 
   <td>删除当前下边db中的数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>flushall</td> 
   <td>删除所有db中的数据</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 二、list（列表） ###

Redis的列表相当于Java语言里面的LinkedList，注意它时链表而不是数组。这意味着list的插入和删除操作非常快，时间复杂度为O(1)，但是索引定位很慢，时间复杂度为O(n)。

列表中的每个元素都是用双向指针顺序，串起来可以同时支持前向后向遍历。当列表弹出了最后一个元素之后，该数据结构被自动删除，内存被回收。

Redis的列表结构常用来做异步队列使用。将需要延后处理的任务结构体序列化成字符串，塞进Redis的列表，另一个线程从这个列表中轮询数据进行处理。

![e17175782182493c81ff075e0ee837ac.png][]

#### list类型相关指令 ####

<table style="width:500px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><span style="color:#fe2c24;"><strong>指令</strong></span></th> 
   <th><strong>说明</strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>lpush userList&nbsp; 1 2 3 4 5</td> 
   <td>构建一个list，从左边开始存入数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>rpush userList 1 2 3 4 5</td> 
   <td>构建一个list，从右边开始存入数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>lrange list start end</td> 
   <td>获得数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>lpop</td> 
   <td>从左侧开始拿出一个数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>rpop</td> 
   <td>从右侧开始拿出一个数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>llen list</td> 
   <td>list长度</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>lindex list index</td> 
   <td>获取list下标的值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>lset list index value</td> 
   <td>把某个下标的值替换</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>linsert list before/after value</td> 
   <td>插入一个新的值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>lrem list num value</td> 
   <td>删除几个相同数据</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ltrim list start end</td> 
   <td>截取值，替换原来的list</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 三、hash（字典） ###

Redis的字典相当于Java语言里面的HashMap，它是无序字典，内部存储了很多键值对。实现结构上与Java的HashMap也是一样的，都是“数组+链表”二维结构。

第一维hash的数组位置碰撞时，就会将碰撞的元素使用链表串接起来。

![0080d95c37ed430682bbc7f37358b5e7.png][]

不同的是，Redis的字典的值只能是字符串，另外它们rehash的方式不一样，

*  Java的HashMap在字典很大时，rehash是个耗时的操作，需要一次性全部rehash。
 *  Redis为了追求高性能，不能堵塞服务，所以采用了渐进式rehash策略。

渐进式rehash会在rehash的同时，保留新旧两个hash结构，查询时会同时查询两个hash结构，然后在后续的定时任务以及hash操作指令中，循序渐进地将旧hash的内容一点点地迁移到新的hash结构中。当搬迁完成了，就会使用新的hash结构取而代之。

![077ddb647b40431fbb1987d31bd985c9.png][]

当hash移除了最后一个元素之后，该数据结构被自动删除，内存被回收。

> **注意：**存储对象（不能有嵌套对象）

#### hash类型相关指令 ####

<table style="width:500px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>指令</th> 
   <th>说明</th> 
   <th>举例</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>hset key property value</td> 
   <td>创建hash对象</td> 
   <td> <p>hset user name xiaobai</p> <p>创建一个user对象，这个对象中包含name属性，name值为xiaobai</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hget key property</td> 
   <td>获取key对象中的property的值</td> 
   <td>hget user name 获取用户对象中的name的值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hmset</td> 
   <td>设置对象中的多个键值对</td> 
   <td>hmset user age 18 phone 123123</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hmsetnx</td> 
   <td>设置对象中的多个键值对，存在则不添加</td> 
   <td> <p>hmsetnx user age 18</p> <p>这种则不会添加</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hmget</td> 
   <td>获得对象中多个属性</td> 
   <td> <p>hmget user age phone</p> <p>获取user对象中的age和phone属性&nbsp;</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hgetall user</td> 
   <td>获取整个对象的内容</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hincrby user age 2</td> 
   <td>累加属性</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hincrby user age 2.2</td> 
   <td>累加属性</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hien user</td> 
   <td>有多少个属性</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hexists user age</td> 
   <td>判断属性是否存在</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hkeys user&nbsp;</td> 
   <td>获得所有属性</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hvals user</td> 
   <td>获得所有值</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>hdel user</td> 
   <td>删除对象</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 四、set（集合） ###

Redis的集合相当于Java语言里面的HashSet，它内部的键值对是无序的、唯一的。它的内部实现相当于一个特殊的字典，字典中所有的value都是一个值NULL。

当集合中最后一个元素被移除之后，数据结构被自动删除，内存被回收。

set结构可以用来存储在某活动中中奖的用户ID，因为有去重功能，可以保证同一个用户不会中奖两次。

#### set类型相关指令 ####

<table style="width:500px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>指令</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>sadd set [value……]</td> 
   <td>添加（构建）set内容</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>smembers set</td> 
   <td>查询set中所有的内容</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>scard set</td> 
   <td>查看set中包含的数量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>sismember set value</td> 
   <td>判断值是否存在，1存在 0 不存在</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>srem set value</td> 
   <td>删除值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>spop set</td> 
   <td>随机获取值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>spop set index</td> 
   <td>指定index获取值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>srandmember key [count]</td> 
   <td>随机获取count个内容</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>smove source target value</td> 
   <td>将source 中的value移动到target中</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>sdiff set1 set2</td> 
   <td>差集</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>sinter set1 set2</td> 
   <td>交集</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>sunion set1 set2</td> 
   <td>并集</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 五、zset（有序列表） ###

zset可能是Redis提供的最有特色的数据结构，它类似于Java的SortedSet和HashMap的结合体，一方面是一个set，保证了内部value的唯一性，另一方面可以给每个value赋予一个score，代表这个value的排序权重。它的内部实现用的是一种叫作“跳跃列表”的数据结构。

zset中最后一个value被移除后，数据结构被自动删除，内存被回收。

跳跃列表

zset内部的排序功能是通过“跳跃列表”数据结构来实现的，它的结构非常特殊，也比较复杂。

因为zset要支持随机的插入和删除，所以它不宜使用数据来表示。

![3dd6e9cb8ab14dda8e2ed58bf7b828b7.png][]

我们需要这个链表按照score值进行排序。这意味着当有新元素需要插入时，要定位到特定位置的插入点，这样才可以继续保证链表是有序的。通常我们会通过二分查找来找到插入点，但是二分查找的对象必须是数组，只有数组才可以支持快速位置定位，链表做不到，那该怎么办？

跳跃列表就类似于层级制，最下面一层所有的元素都会串起来。然后每隔几个元素挑选出一个代表，再将这几个代表使用另外一级指针串起来。然后在这些代表里再挑出二级代表，再串起来。最终就形成了金字塔结构。

“跳跃列表”之所以“跳跃”，是因为内部的元素可能“身兼数职”，中间的这个元素，同时处于L0、L1和L2层中，可以快速在不同层次之间进行“跳跃”。

![f0c0e67b420949ff8699ccdc78e75085.png][]

跳跃列表采取一个随机策略来决定新元素可以兼职到第几层。

首先其位于 LO 层的概率肯定是 100% ，而兼职到 Ll 层只有 50% 的概率，至IJ L2 层只有 25% 概率，到 L3 层只有 12.5% 的概率，以此类推， 直随机到最顶层 L31 绝大多数元素都过不了几层，只有极少数元素可以深入到顶层。列表中的元素越多， 能够深入的层次就越深，元素能进入到顶层的可能性就会越大。

#### zset类型相关指令 ####

<table style="width:500px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="width:322px;">指令</th> 
   <th style="width:176px;">说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;"> <p>zadd zset 10 value1 20 value2 30 value3</p> </td> 
   <td style="width:176px;">设置memeber和对应的分数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;">zrange zset 0 -1</td> 
   <td style="width:176px;">查看所有zset中的内容</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;">zrange zset 0 -1 withscores</td> 
   <td style="width:176px;">查看所有zset中的内容，带有分数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;">zrank zset value</td> 
   <td style="width:176px;">获取对应的下标</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;">zscore zset value</td> 
   <td style="width:176px;">获得对应的分数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;">zcard zset</td> 
   <td style="width:176px;">统计个数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;">zrangebyscroe zset 分数1 分数2</td> 
   <td style="width:176px;">查询分数之间的member（包含分数1和分数2）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;">zrangebyscore zset (分数1 (分数2</td> 
   <td style="width:176px;">查询分数之间的member（不包含分数1和分数2）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;">zrangebyscore zset 分数1 分数2 limit start end</td> 
   <td style="width:176px;">查询分数之间的member（包含分数1 分数2），获得的结果集再次根据下标区间做查询</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:322px;">zrem zset value</td> 
   <td style="width:176px;">删除member</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 参考文献 ##

[Redis常用命令手册![icon-default.png_t_N3I4][]http://c.biancheng.net/redis2/zrangebyscore.html][Redis_icon-default.png_t_N3I4_http_c.biancheng.net_redis2_zrangebyscore.html][Redis命令中文翻译版（Redis Command Reference/ Redis Documentation）![icon-default.png_t_N3I4][]http://redisdoc.com/][Redis_Redis Command Reference_ Redis Documentation_icon-default.png_t_N3I4_http_redisdoc.com]

## 通用规则 ##

**list、set、hash、zset这四种数据结构是容器型数据结构，它们共享下面两条通用规则。**

*  create if not exists：如果容器不存在，那就创建一个，再进行操作。比如rpush操作刚开始是没有列表的，Redis就会自动创建一个，然后再rpush进去新元素。
 *  drop if no elements：如果容器里的元素没有了，那么立即删除容器，释放内存。这意味着lpop操作到最后一个元素，列表就消失了。

## 过期时间 ##

Redis所有的数据结构都可以设置过期时间，时间到了，Redis会自动删除相应的对象。需要注意的是，过期是以对象为单位的，比如一个hash结构的过期是整个hash对象的过期，而不是其中的某个字key的过期。

还有一个需要特别注意的地方，如果一个字符串已经设置了过期时间，然后你调用set方法修改了它，它的过期时间会消失。

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**作者：筱白爱学习！！**

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[icon-default.png_t_N3I4]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/736c0a28f6ad4ab3b1cc1c1c11596595.png
[Redis_icon-default.png_t_N3I4_http_c.biancheng.net_redis2_zrangebyscore.html]: http://c.biancheng.net/redis2/zrangebyscore.html
[Redis_Redis Command Reference_ Redis Documentation_icon-default.png_t_N3I4_http_redisdoc.com]: http://redisdoc.com/