基础 ： 万丈高楼平地起 ——Redis 基础数据结构

Redis 安装
体验 Redis 需要使用 Linux 或者 Mac 环境，如果是 Windows 可以考虑使用虚拟机。
主要方式有四种：
1、使用 Docker 安装。
2、通过 Github 源码编译。
3、直接安装 apt-get install(Ubuntu)、yum install(RedHat) 或者 brew install(Mac)。
4、如果读者懒于安装操作，也可以使用网页版的 Web Redis 直接体验。
具体操作如下：
Docker 方式

拉取 redis 镜像

docker pull redis

运行 redis 容器

docker run --name myredis -d -p6379:6379 redis

执行容器中的 redis-cli，可以直接使用命令行操作 redis

docker exec -it myredis redis-cli
Github 源码编译方式

下载源码

git clone --branch 2.8 --depth 1 [email protected]:antirez/redis.git
cd redis

编译

make
cd src

运行服务器，daemonize 表示在后台运行

./redis-server --daemonize yes

运行命令行

./redis-cli
直接安装方式

mac

brew install redis

ubuntu

apt-get install redis

redhat

yum install redis

运行客户端

redis-cli

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)、set (集合)、hash (哈
希) 和 zset (有序集合)。

string ( 字符串)

字符串 string 是 Redis 最简单的数据结构。Redis 所有的数据结构都是以唯一的 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。
字符串结构使用非常广泛，一个常见的用途就是缓存用户信息。我们将用户信息结构体
使用 JSON 序列化成字符串，然后将序列化后的字符串塞进 Redis 来缓存。同样，取用户
信息会经过一次反序列化的过程。
Redis 的字符串实际分配的空间 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。需要注意的是
字符串最大长度为 512M。

键值对

set name codehole
OK
get name
"codehole"
exists name
(integer) 1
del name
(integer) 1
get name
(nil)
批量键值对
可以批量对多个字符串进行读写，节省网络耗时开销。
set name1 codehole
OK
set name2 holycoder
OK
mget name1 name2 name3 # 返回一个列表

1. "codehole"
2. "holycoder"
3. (nil)

mset name1 boy name2 girl name3 unknown
mget name1 name2 name3

1. "boy"
2. "girl"
3. "unknown"

过期和 set 命令扩展

可以对 key 设置过期时间，到点自动删除，这个功能常用来控制缓存的失效时间。

set name codehole
get name "codehole"
expire name 5 # 5s 后过期
... # wait for 5s
get name
(nil)
setex name 5 codehole # 5s 后过期，等价于 set+expire
get name
"codehole"
... # wait for 5s
get name
(nil)
setnx name codehole # 如果 name 不存在就执行 set 创建
(integer) 1
get name
"codehole"
setnx name holycoder
(integer) 0 # 因为 name 已经存在，所以 set 创建不成功
get name
"codehole"# 没有改变

计数

如果 value 值是一个整数，还可以对它进行自增操作。自增是有范围的，它的范围是
signed long 的最大最小值，超过了这个值，Redis 会报错。

set age 30
OK
incr age
(integer) 31
incrby age 5
(integer) 36
incrby age -5
(integer) 31
set codehole 9223372036854775807# Long.Max
OK
incr codehole
(error) ERR increment or decrement would overflow

list ( 列表)

Redis 的列表相当于 Java 语言里面的 LinkedList，注意它是链表而不是数组。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)。
当列表弹出了最后一个元素之后，该数据结构自动被删除，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。

右边进左边出：队列

rpush books python java golang
(integer) 3
llen books
(integer) 3
lpop books
"python"
lpop books
"java"
lpop books
"golang"
lpop books
(nil)

右边进右边出：栈

rpush books python java golang
(integer) 3
rpop books
"golang"
rpop books
"java"
rpop books
"python"
rpop books
(nil)

慢操作

lindex 相当于 Java 链表的 get(int index)方法，它需要对链表进行遍历，性能随着参数
index 增大而变差。 ltrim 和字面上的含义不太一样，个人觉得它叫 lretain(保留) 更合适一
些，因为 ltrim 跟的两个参数 start_index 和 end_index 定义了一个区间，在这个区间内的值，
ltrim 要保留，区间之外统统砍掉。我们可以通过 ltrim 来实现一个定长的链表，这一点非常
有用。index 可以为负数，index=-1 表示倒数第一个元素，同样 index=-2 表示倒数第二个元
素。

rpush books python java golang
(integer) 3
lindex books 1 # O(n) 慎用
"java"
lrange books 0 -1 # 获取所有元素，O(n) 慎用

1. "python"
2. "java"
3. "golang"

ltrim books 1 -1 # O(n) 慎用
OK
lrange books 0 -1

1. "java"
2. "golang"

ltrim books 1 0 # 这其实是清空了整个列表，因为区间范围长度为负
OK
llen books
(integer) 0

hash ( 字典)

Redis 的字典相当于 Java 语言里面的 HashMap，它是无序字典。内部实现结构上同
Java 的 HashMap 也是一致的，同样的数组 + 链表二维结构。
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，因为
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
为了高性能，不能堵塞服务，所以采用了渐进式 rehash 策略。

rehash ：简单说 rehash 就是因为 HashMap 的空间不够用了，所以需要分配一个大一点的空间，然后保存在里面的内容需要重新计算 hash。随着操作的不断执行， 哈希表保存的键值对会逐渐地增多或者减少， 为了让哈希表的负载因子（load factor）维持在一个合理的范围之内， 当哈希表保存的键值对数量太多或者太少时， 程序需要对哈希表的大小进行相应的扩展或者收缩。

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中以及 hash 的子指令中，循序渐进地将旧 hash 的内容
一点点迁移到新的 hash 结构中。
当 hash 移除了最后一个元素之后，该数据结构自动被删除，内存被回收。
hash 结构也可以用来存储用户信息，不同于字符串一次性需要全部序列化整个对象，
hash 可以对用户结构中的每个字段单独存储。这样当我们需要获取用户信息时可以进行部分
获取。而以整个字符串的形式去保存用户信息的话就只能一次性全部读取，这样就会比较浪
费网络流量。
hash 也有缺点，hash 结构的存储消耗要高于单个字符串，到底该使用 hash 还是字符
串，需要根据实际情况再三权衡。

hset books java "think in java" # 命令行的字符串如果包含空格，要用引号括起来
(integer) 1
hset books golang "concurrency in go"
(integer) 1
hset books python "python cookbook"
(integer) 1
hgetall books # entries()，key 和 value 间隔出现

1. "java"
2. "think in java"
3. "golang"
4. "concurrency in go"
5. "python"
6. "python cookbook"
   hlen books
   (integer) 3
   hget books java
   "think in java"
   hset books golang "learning go programming" # 因为是更新操作，所以返回 0
   (integer) 0
   hget books golang
   "learning go programming"
   hmset books java "effective java" python "learning python" golang "modern golang
   programming" # 批量 set
   OK

同字符串一样，hash 结构中的单个子 key 也可以进行计数，它对应的指令是 hincrby，
和 incr 使用基本一样。

hincrby user-laoqian age 1
(integer) 1

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移除之后，数据结构自动删除，内存被回收。 set 结构可以用来
存储活动中奖的用户 ID，因为有去重功能，可以保证同一个用户不会中奖两次。

sadd books python
(integer) 1
sadd books python # 重复
(integer) 0
sadd books java golang
(integer) 2
smembers books # 注意顺序，和插入的并不一致，因为 set 是无序的

1. "java"
2. "python"
3. "golang"
   sismember books java # 查询某个 value 是否存在，相当于 contains(o)
   (integer) 1
   sismember books rust
   (integer) 0
   scard books # 获取长度相当于 count()
   (integer) 3
   spop books # 弹出一个
   "java"

zset ( 有序列表) )

zset 可能是 Redis 提供的最为特色的数据结构。它类似于 Java 的 SortedSet 和 HashMap 的结合体，一方面它是一个 set，保证了内部
value 的唯一性，另一方面它可以给每个 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着「跳跃列表」的数据结构。
zset 中最后一个 value 被移除后，数据结构自动删除，内存被回收。 zset 可以用来存
粉丝列表，value 值是粉丝的用户 ID，score 是关注时间。我们可以对粉丝列表按关注时间
进行排序。
zset 还可以用来存储学生的成绩，value 值是学生的 ID，score 是他的考试成绩。我们
可以对成绩按分数进行排序就可以得到他的名次。

zadd books 9.0 "think in java"
(integer) 1
zadd books 8.9 "java concurrency"
(integer) 1
zadd books 8.6 "java cookbook"
(integer) 1
zrange books 0 -1 # 按 score 排序列出，参数区间为排名范围

1. "java cookbook"
2. "java concurrency"
3. "think in java"

zrevrange books 0 -1 # 按 score 逆序列出，参数区间为排名范围

1. "think in java"
2. "java concurrency"
3. "java cookbook"

zcard books # 相当于 count()
(integer) 3
zscore books "java concurrency" # 获取指定 value 的 score
"8.9"
zrank books "java concurrency" # 排名
(integer) 1
zrangebyscore books 0 8.91 # 根据分值区间遍历 zset

1. "java cookbook"
2. "java concurrency"
   zrangebyscore books -inf 8.91 withscores # 根据分值区间 (-∞, 8.91] 遍历 zset，同时返
   回分值。inf 代表 infinite，无穷大的意思。
3. "java cookbook"
4. "8.6"
5. "java concurrency"
6. "8.9"
   zrem books "java concurrency" # 删除 value
   (integer) 1
   zrange books 0 -1
7. "java cookbook"
8. "think in java"

容器型数据结构的通用规则

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：
1 、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。
2 、drop if no elements
如果容器里元素没有了，那么立即删除元素，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，比如一个 hash 结构的过期是整个 hash 对象的过期，
而不是其中的某个子 key。
还有一个需要特别注意的地方是如果一个字符串已经设置了过期时间，然后你调用了
set 方法修改了它，它的过期时间会消失。

127.0.0.1:6379> set codehole yoyo
OK
127.0.0.1:6379> expire codehole 600
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl codehole
(integer) 597
127.0.0.1:6379> set codehole yoyo
OK
127.0.0.1:6379> ttl codehole
(integer) -1