玩转Redis-Redis基础数据结构及核心命令
《玩转Redis》系列文章主要讲述Redis的基础及中高级应用，文章基于Redis5.0.4 。本文主要讲述Redis的基础数据结构，《玩转Redis-Redis基础数据结构及核心命令》相关操作命令为方便对比分析，使用脑图展示（若手机端查看图片不方便，可搜索zxiaofan前往PC网页端
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本文更适合用于复习总结，阅读》实战》阅读 更有效果哟，主要包含以下内容：
- String（字符串）；
- List（列表）；
- Set（集合）；
- Hash（散列）；
后续会介绍其他高级数据结构：
- Sorted Set（有序集合）；
- Bitmap（位图）；
- HyperLogLog；
- Streams（流）；
文章思路：
- 数据结构应用场景及注意事项；
- 数据结构各命令对比分析；
异常统一说明：
error（out of range）导图简写@EOOR；
负数偏移量表示倒数第几，导图简写@LBN（last but number）；
1、String
1.1、String应用场景及注意事项
1.1.1、String应用场景
String可以说是Redis中最常见的数据结构，没有之一。
String结构可存储字符串或者各种类型的二进制数据。
- 分布式锁；
- 计数器；
- 分布式全局唯一ID；
1.1.2、String注意事项
String底层结构是动态字符串，可修改指定位置数据，通过预分配冗余空间减少内存的频繁分配，实际分配的空间capacity一般要高于实际字符串长度len。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。字符串最大长度为512M（51210241024个字符）。
数字及浮点数在Redis中以字符串形式存储。
// 如何证明 String最大长度是512M；
// 512M=512*1024*1024；
127.0.0.1:6379> setrange ran 536870911 a
(integer) 536870912
127.0.0.1:6379> strlen ran
(integer) 536870912
127.0.0.1:6379> append ran a
(error) ERR string exceeds maximum allowed size (512MB)
1.2、String各命令对比分析
String命令支持以下操作类型：单一操作、批量操作、字符操作、位操作、计数操作。
1.2.1、String单元素操作
【核心命令】：SET、SETNX、SETEX、PSETEX、GET、GETSET、APPEND、STRLEN；
注意：
- 【SET】：Redis2.6.12 版本支持设置value值时，同时设置过期时间，此操作为原子操作；
- 【PSETEX】：Redis2.6.0 版本支持，可将过期时间精确到毫秒；
【Redis-String单元素操作】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| SET | 设置value值，支持选项 | key value [expiration EX seconds/PX milliseconds] [NX/XX] |
| SETNX | key不存在才允许设置 | key value |
| SETEX | 设置value及过期时间（秒） | key seconds value |
| PSETEX | 设置value及过期时间（毫秒） | key milliseconds value |
| GET | 查询指定key | key |
| GETSET | 查询返回旧值设置新值 | key value |
| APPEND | value追加字符串 | key value |
| STRLEN | 查询value长度 | key |
【Redis-String单元素操作】命令详细对比分析如下：
1.2.2、String批量操作
【核心命令】：MSET、MGET；
注意：
- MGET、MSET是Redis命令中的Boss，因为执行这两个命令是绝不会失败的。
- 【MSET】操作具有原子性，不存在部分key更新成功而部分key更新失败的情况；
- 【MGET】如果value不是String类型，将返回nil；
【Redis-String批量操作】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| MSET | 批量设置 | key value [key value …] |
| MGET | 批量查询 | key [key …] |
【Redis-String批量操作】命令详细对比分析如下：
1.2.3、String指定范围处理
【核心命令】：SETRANGE、GETRANGE；
注意：
- 【SETRANGE、GETRANGE】 在操作对象较小时，时间复杂度近似看成O(1)；
- 【SETRANGE】在特定情况下会造成服务器阻塞（value不存在或很小 偏移量offset很大），具体阻塞时长与服务器有关；
【Redis-String指定范围处理】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| SETRANGE | 设置指定偏移量位置的字符 | key offset value |
| GETRANGE | 查询指定区间字符串 | key start end【@LBN；offset大于len将自动以len为准】 |
【Redis-String指定范围处理】命令详细对比分析如下：
1.2.4、String递增操作
【核心命令】：INCR/DECR、INCRBY/DECRBY、INCRBYFLOAT；
注意：
- String结构能存储数字？因为数字在Redis中是以字符串形式保存的；
- 【INCR/DECR】 支持加减1；
- 【INCRBY/DECRBY】 支持 加减指定整数，参数支持负数；
- 【INCRBYFLOAT】 支持 加减指定浮点数，参数支持负数；
- 递增命令时间负责度都是O(1)；
【Redis-String递增操作】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| INCR/DECR | 递增/1递减1 | key |
| INCRBY/DECRBY | 递增n/递减n | key increment（支持负数） |
| INCRBYFLOAT | 递增浮点值 | key increment（支持负数） |
【Redis-String递增操作】命令详细对比分析如下：
1.2.5、String位操作
【核心命令】：SETBIT、BITOP、GETBIT、BITCOUNT、BITFIELD、BITPOS；
注意：
- 【BITOP】支持逻辑操作，且AND、或OR、异或XOR、非NOT；
- 由于按位存储非常节省空间，位操作特别适合于对连续的海量数据做标记。比如贴吧签到，标记每天是否签到，1天1标识位，则10年=10*365bit=456byte。
【Redis-String位操作】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| SETBIT | 指定偏移量bit位置设置值 | key offset value【0=< offset< 2^32】 |
| BITOP | 对一个或多个key执行逻辑操作，并将结果保存到destkey | operation destkey key [key …]【AND, OR, XOR, NOT】 |
| GETBIT | 查询指定偏移位置的bit值 | key offset |
| BITCOUNT | 统计指定区间bit为1的数量 | key [start end]【@LBN】 |
| BITFIELD | 操作多字节位域 | key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offset increment] [OVERFLOW WRAP/SAT/FAIL] |
| BITPOS | 查询指定区间第一个被设置成1的bit位的位置 | key bit [start] [end]【@LBN】 |
【Redis-String位操作】命令详细对比分析如下：
2、List
2.1、List应用场景及注意事项
2.1.1、List应用场景
- List可用于构建队列（右进左出/先进先出）、栈（右进右出/先进后出）;
- 存储相关数据，比如文章的相关文章ID，可用于文章推荐；
- 高级使用：quicklist快速链表；
2.1.2、List注意事项
- 元素是String，按插入顺序排序；
- 插入、弹出快，O(1)；
- 索引慢（查询），O(n)；
- List查询操作类似Java链表的get(int index)，需要对链表遍历，性能随index的增大而降低；
- lindex的index可为负数，-1表示倒数第一个元素，-2倒数第二个；
- List的index参数存在越界问题；
-List的start、stop参数不存在越界问题； - 列表弹出最后一个元素后，结构自动被删除，内存被回收；
- List左头右尾（记忆：我国自古就有左为尊的说法，左才是头）；
2.2、List各命令对比分析
概述：
- List命令支持以下操作类型：新增元素、弹出元素、处理指定位置元素。
- List主命令L开头（左侧处理）、右侧处理目录R开头、阻塞命令B开头；
- List的超时timeout为0表示无限阻塞；
2.2.1、List新增元素
【核心命令】：LPUSH、RPUSH、LPUSHX、RPUSHX、RPOPLPUSH、BRPOPLPUSH；
注意：
- 【LPUSH / RPUSH】 支持批量添加元素；
- 【RPOPLPUSH】 拆分成2个命令理解：RPOP（src） LPUSH（dest）；
- 【RPOPLPUSH】可作为安全队列：ListA取出消息放入“处理中的ListB”，处理完毕移除ListB；外挂监控ListB的超时情况；
【Redis-List新增元素操作】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| LPUSH / RPUSH | （批量）添加元素 | key value [value …] |
| LPUSHX / RPUSHX | 向已存在的list中添加单个元素 | key value |
| RPOPLPUSH | 弹出source尾压入dest头部 | source destination |
| BRPOPLPUSH | 阻塞式弹出source压入dest | source destination timeout |
【Redis-List新增元素操作】命令详细对比分析如下：
2.2.2、List弹出元素
【核心命令】：LPOP、RPOP、BLPOP、BRPOP；
注意：
- 【BLPOP】为LPOP的阻塞版本，0表示无限阻塞；
- 弹出元素操作时间复杂度都是O(1)；
【Redis-List弹出元素操作】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| LPOP / RPOP | 弹出元素 | key |
| BLPOP / BRPOP | 阻塞式弹出元素 | key [key …] timeout |
【Redis-List弹出元素操作】命令详细对比分析如下：
2.2.3、List处理指定位置元素
【核心命令】：LSET、LINDEX、LRANGE、LTRIM、LREM；
注意：
- 【ltrim】支持保留区间内的值，可实现定长链表；
- 【LRANGE、LTRIM】不会越界；
- List处理指定位置相关命令时间复杂度可记为O(N)；
【Redis-List处理指定位置元素】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| LSET | 指定位置设置元素 | key index value |
| LINDEX | 查询指定位置元素 | key index |
| LRANGE | 查询指定区间元素 | key start stop |
| LTRIM | 保留指定区间元素 | key start stop |
| LREM | 移除前/后count次的value元素 | key count value |
【Redis-List处理指定位置元素】命令详细对比分析如下：
3、Set
3.1、Set应用场景及注意事项
3.1.1、Set应用场景
- 类似Java的HashSet，键值无序唯一，可用于去重；
- Set支持交集运算，可用于查找QQ共同好友；
3.1.2、Set注意事项
- Set支持集合运算（差集、交集、并集）；
- Set底层实现相当于特殊字典，value都是NULL；
- 集合最后一个元素移除后，结构自动删除，内存被回收；
3.2、Set各命令对比分析
概述：
- Set命令支持以下操作类型：集合运算、增删移动及统计；
- Set命令都是S开头；
3.2.1、Set增删移动及统计
【核心命令】：SADD（增）、SCADD（数量统计）、SISMEMBER（存在）、SMEMBERS（所有元素）、SREM（移除）、SMOVE（移动）；
注意：
- Redis2.4 ，SADD、SREM支持批量添加元素；
- 【SMEMBERS】将返回Set中所有元素，慎用，请使用SSCAN代替；
- 【SRANDMEMBER】返回count个随机元素，支持count为负；SPOP返回并移除count个随机元素，不支持count为负（越界异常）；
【Redis-Set增删移动及统计】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| SADD | （批量）添加元素到Set中 | key member [member …] |
| SCARD | 统计Set中元素数量 | key |
| SISMEMBER | 判断指定元素是否存在于Set中 | key member |
| SMEMBERS | 返回Set中的所有元素 | key |
| SMOVE | 移动Set的指定元素到另一个集合 | source destination member |
| SRANDMEMBER | 返回Set中count个随机元素 | key [count] |
| SPOP | 移除并返回Set中count个随机元素 | key [count] |
| SREM | 移除Set中指定的元素 | key member [member …] |
| SSCAN | 迭代Set | key cursor [MATCH pattern] [COUNT count] |
【Redis-Set增删移动及统计】命令详细对比分析如下：
3.2.2、Set集合运算（差集、交集、并集）
【核心命令】：差集SDIFF/SDIFFSTORE、交集SINTER/SINTERSTORE、并集SUNION/SUNIONSTORE；
注意：
- 主命令加STORE表示将对应的结果存入指定目标Set中；
- 对于“STORE”命令，如果destkey已存在，destkey的值将会被覆盖；
- 交集的时间复杂度是(N*M)，差集/并集的时间复杂度是O(N)；
【Redis-Set集合运算】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| SDIFF | 【差集】返回在第一个set中但不在其他set中的元素集合 | key [key …] |
| SDIFFSTORE | 【差集】将SDIFF结果存入destination | destination key [key …] |
| SINTER | 【交集】返回（多个）set集合的交集 | key [key …] |
| SINTERSTORE | 【交集】将多个set集合的交集存入dest | destination key [key …] |
| SUNION | 【并集】返回多个set的并集 | key [key …] |
| SUNIONSTORE | 【并集】将多个set集合的并集存入dest | destination key [key …] |
【Redis-Set集合运算】命令详细对比分析如下：
4、Hash
4.1、Hash应用场景及注意事项
4.1.1、Hash应用场景
- 记录一个对象的多个属性，如员工的姓名/生日/职级，文章的点赞数/阅读数/收藏数；
4.1.2、Hash注意事项
- 类似Java的HashMap，数组 链表，结构是
>； - 字典key、value都只能是字符串（数字在redis里面是以 sds 字符串形式存在）；
- 使用渐进式rehash策略：高性能，不堵塞服务；而HashMap的rehash是一次性hash，很耗时；
- 【优点】支持按需存取指定字段；
- 【缺点】hash结构存储消耗高于单个字符串；
4.2、Hash各命令对比分析
概述：
- Hash命令支持以下操作类型：新增、查询、统计、修改、删除（增删改查及统计）；
4.2.1、Hash新增、查询元素
【核心命令】：HSET、HSETNX、HMSET；HGET、HMGET、HGETALL；
注意：
- 【HSET】field存在则覆盖；HSETNX：field不存在才赋值；
- 【HMSET、HMGET】支持批量操作；
【Redis-Hash新增、查询元素】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| HSET | 设置hash中指定字段的值 | key field value |
| HSETNX | field不存在才设置hash中指定field的值 | key field value |
| HMSET | 批量设置hash值 | key field value [field value …] |
| HGET | 查询hash中指定字段的值 | key field |
| HMGET | 批量查询指定field的value | key field [field …] |
| HGETALL | 查询所有field-value列表 | key |
【Redis-Hash新增、查询元素】命令详细对比分析如下：
4.2.2、Hash统计、修改、删除
【核心命令】：HKEYS、HVALS、HLEN；HDEL、HEXISTS、HSTRLEN；HINCRBY、HINCRBYFLOAT；HSCAN；
注意：
- 支持查询Hash中所有field、所有value；
- 【HVALS】不是HVALUES；
- 【HINCRBY】支持增加Hash中指定field的值（点赞数/阅读数/收藏数）；
【Redis-Hash统计、修改、删除】命令简述：
| 命令 | 功能 | 参数 |
|---|---|---|
| HKEYS | 查询所有field列表 | key |
| HVALS | 查询所有value列表 | key |
| HLEN | 查询hash的field数量 | key |
| HDEL | 移除hash中指定field字段 | key field [field …] |
| HEXISTS | 判断hash中是否存在指定field | key field |
| HSTRLEN | 查询hash中filed关联的value字符串的长度 | key field |
| HINCRBY | 增加hash中指定field的值 | key field increment |
| HINCRBYFLOAT | 增加hash中指定field的值 | key field increment |
| HSCAN | 基于游标迭代hashes | key cursor [MATCH pattern] [COUNT count] |
【Redis-Hash统计、修改、删除】命令详细对比分析如下：
5、后记
《玩转Redis-Redis基础数据结构及核心命令》至此结束，后续将继续分享Redis其他数据结构及核心命令。
祝君好运！
Life is all about choices！
将来的你一定会感激现在拼命的自己！
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