Redis五大数据结构

Redis五大数据结构

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一、Redis五大数据结构

Redis有五大数据结构：string、list、hash、set和zset,在开发中使用频率很高，掌握了这五个数据结构基本上就掌握了Redis内容的一半了。本文主要对几种数据类型的基本操作以及使用场景进行归纳。

1.string

string表示的是一个可变的字节数组，Redis的字符串是动态字符数组，可以进行修改，内部结构实现上类似于Java的，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配。字符串实际分配的空间一般高于字符串长度，当字符串小于1M时，扩容时采用加倍现有的空间，超过1M，扩容时一次最多扩1M的空间。

（1）.初始化字符串

set 变量名+变量内容

> set reader beijing.zhangyue.keji.gufen.youxian.gongsi
OK

（2）.获取字符串的内容

get +变量名

> get reader
"beijing.zhangyue.keji.gufen.youxian.gongsi"

（3）.获取字符串长度

strlen +变量名

> strlen reader
(integer) 42

（4）.获取字串

getrange +变量名+开始位置+结束位置

> getrange reader 28 34
"youxian"

（5）.覆盖字串

setrange +变量名称+开始位置+目标字串

> setrange reader 28 wooxian
(integer) 42  # 返回长度
> get ireader
"beijing.zhangyue.keji.gufen.wooxian.gongsi"

（6）.追加字串

在字符串末尾添加

> append reader .hao
(integer) 46 # 返回长度
> get reader
"beijing.zhangyue.keji.gufen.wooxian.gongsi.hao"

注：字符串没有提供字符插入方法和子串删除方法

（7）.过期和删除

字符串可以使用del指令进行主动删除，使用expire指令设置过期时间，时间一过自动删除（被动删除），可以使用ttl指令获取字符串的寿命

> expire reader 60
(integer) 1  # 1表示设置成功，0表示变量reader不存在
> ttl reader
(integer) 50  # 还有50秒的寿命，返回-2表示变量不存在，-1表示没有设置过期时间
> del reader
(integer) 1  # 删除成功返回1
> get reader
(nil)  # 变量reader没有了

（8）.计数

如果字符串的内容是整数，也可以当成计数来使用

> set reader 42
OK
> get reader
"42"
> incrby reader 100
(integer) 142
> get reader
"142"
> decrby reader 100
(integer) 42
> get ireader
"42"
> incr reader  # 等价于incrby reader 1
(integer) 43
> decr reader  # 等价于decrby reader 1
(integer) 42

（9）.使用场景

1）缓存：

由于Redis具有支撑高并发的特性，通常能起到加速读写和减低后端压力的作用，web端的大多数请求都是从Redis中获取的数据，如果Redis中没有需要的数据，则会从MySQL中去获取，并将获取到的数据写入Redis

2) 计算：

Redis中有一个字符串相关的incr key,incr命令对值做自增操作，返回结果分为以下三种情况：
*值不是整数，返回错误
*值是整数，返回自增后的结果
*key不存在，默认键为0，返回1
文章的阅读量，视频的播放量等都会使用redis来计数，每播放一次，对应的播放量就会加1，同时将这些数据异步存储到数据库中达到持久化的目的。

3）共享Session：

在分布式系统中，用户的每一次请求都会访问到不同的服务器，这就会导致session不同步的问题，假如一个用来获取用户信息的请求落在A服务器上，获取到用户信息后存入session。下一个请求落在B服务器上，想要从session中获取用户信息就不能正常获取了，因为用户信息的session在服务器A上。使用Redis集中管理这些session，将session存入Redis，使用的时候直接从Redis中获取。

4）限速

为了安全考虑，有些网站会对IP进行限制，限制同一IP在一定时间内访问次数不能超过n次。

2.list

Redis列表的存储结构用的是双向链表，对列表进行首尾插入删除性能比较好，链表元素的位置使用自然数0，1，2，3，…,n-1表示，还可以使用负数-1，-2，…,-n来表示，-1表示倒数第一，-2表示倒数第二，-n表示第一个元素，对应的下标为0.

（1）.从表头或者表尾追加或者移除元素

# 右进左出
> rpush reader go
(integer) 1
> rpush reader java python
(integer) 3
> lpop reader
"go"
> lpop reader
"java"
> lpop reader
"python"
# 左进右出
> lpush reader go java python
(integer) 3
> rpop reader
"go"
...
# 右进右出
> rpush reader go java python
(integer) 3
> rpop reader 
"python"
...
# 左进左出
> lpush reader go java python
(integer) 3
> lpop reader
"python"

（2）.获取链表长度：llen+变量名

> rpush reader go java python
(integer) 3
> llen reader
(integer) 3

（3）.随机读

lindex+变量名+位置来访问指定位置的元素；lrange+变量名+开始位置+结束位置来获取链表子元素列表；使用lrange获取全部元素时，需要提供end_index，如果没有负下标，需要通过llen获取长度，得到end_index,有负下标同样可以用-1替代。

> rpush reader go java python
(integer) 3
> lindex reader 1
"java"
> lrange reader 0 2
1) "go"
2) "java"
3) "python"
> lrange reader 0 -1  # -1表示倒数第一
1) "go"
2) "java"
3) "python"

（4）.修改元素

lset+变量名+指定位置+修改值

> rpush reader go java python
(integer) 3
> lset reader 1 javascript
OK
> lrange reader 0 -1
1) "go"
2) "javascript"
3) "python"

（5）.插入元素

linsert +变量名+before/after+指定位置（元素）+要插入的值

> rpush reader go java python
(integer) 3
> linsert reader before java ruby
(integer) 4
> lrange reader 0 -1
1) "go"
2) "ruby"
3) "java"
4) "python"

（6）.删除元素

lrem+变量名+指定删除的最大个数+要删除的元素的值（可以是多个）

> rpush reader go java python
(integer) 3
> lrem reader 1 java
(integer) 1
> lrange reader 0 -1
1) "go"
2) "python"

（7）.定长列表

ltrim+变量名+start+end,表示需要保留列表的下标范围，范围之外的所有元素都将会被移除，如果指定参数的end对应真实的下标小于start，其效果等价于del，因为这样的参数表示需要保留列表元素的下标范围为空。

> rpush reader go java python javascript ruby erlang rust cpp
(integer) 8
> ltrim reader -3 -1
OK
> lrange reader 0 -1
1) "erlang"
2) "rust"
3) "cpp"

（8）.快速列表（压缩列表）

ziplist 经过特殊编码的双向列表结构，在列表元素较少的情况下会使用的一块连续的内存存储，数据量比较多的时候会改成quicklist。

（9）.使用场景

1) .消息队列：

列表用来存储多个有序的字符串，满足消息队列的特点，使用lpush+rpop或者rpush+lpop实现消息队列。redis还支持阻塞操作，在弹出元素的时候使用阻塞命令来实现阻塞命令。

2).栈：

列表满足栈，那么也满足栈先进后出的特点。

3).文章列表：

列表支持索引范围获取元素，可以分页获取文章列表。

3.hash

等价于Java的HashMap，实现结构上使用二维结构，第一维是数组，第二维是链表，数组里存放的是链表的头指针，hash的内容key和value存放在链表中。通过key查找元素时，先计算key的hashcode，然后用hashcode对数组的长度进行取模定位到链表的表头，再对链表进行遍历获取到相应的value值。

（1）.获取元素

hget定位具体key对应的value，hmget获取多个key对应的value，hgetall获取所有的键值对，hkey和hvals获取所有的列表和value值

> hmset reader go fast java fast python slow
OK
> hget reader go
"fast"
> hmget reader go python
1) "fast"
2) "slow"
> hgetall reader
1) "go"
2) "fast"
3) "java"
4) "fast"
5) "python"
6) "slow"
> hkeys reader
1) "go"
2) "java"
3) "python"
> hvals reader
1) "fast"
2) "fast"
3) "slow"

（2）.删除元素

使用hdel删除指定的key,可以同时删除多个key

> hmset reader go fast java fast python slow
OK
> hdel reader go
(integer) 1
> hdel reader java python
(integer) 2

（3）.判断元素是否存在

hexists指令

> hmset reader go fast java fast python slow
OK
> hexists reader go
(integer) 1

（4）.扩容

采用渐进式rehash，同时保留两个新旧hash结构，申请新的两倍大下的数组，然后将所有的键值对重新分配到新的数组下标对应的链表中。

（5）.缩容

与扩容原理一致，只不过新的数组大小要比旧数组小一倍。

（6）.计数器

hash对于每一个内部的key都可以用作一个单独的计数器，如果value不是整数，调用会出错。

> hincrby reader go 1
(integer) 1
> hincrby reader python 4
(integer) 4
> hincrby reader java 4
(integer) 4
> hgetall reader
1) "go"
2) "1"
3) "python"
4) "4"
5) "java"
6) "4"
> hset reader rust good
(integer) 1
> hincrby reader rust 1
(error) ERR hash value is not an integer

（6）.使用场景

存储、读取、修改用户属性

4.set

内部使用hash结构，所有的value指向同一个内部值。

（1）.增加元素

一次可以增加多个元素

> sadd reader go java python
(integer) 3

（2）.读取元素

使用smembers列出所有元素，使用scard获取集合长度，使用srandmembers获取随机count个元素，如果没有count参数，默认1.

> sadd reader go java python
(integer) 3
> smembers reader
1) "java"
2) "python"
3) "go"
> scard reader
(integer) 3
> srandmember reader
"java"

（3）.删除元素

srem删除一到多个元素，spop删除随机一个元素

> sadd reader go java python rust erlang
(integer) 5
> srem reader go java
(integer) 2
> spop reader
"erlang"

（4）.判断元素是否存在

sismember，接收单个元素

> sadd reader go java python rust erlang
(integer) 5
> sismember reader rust
(integer) 1
> sismember reader javascript
(integer) 0

（5）.使用场景

抽奖功能：支持获取随机数；用户标签：将同一个特征相同的抽象为标签，例如一个用户对篮球、足球感兴趣，另一个用户对橄榄球、乒乓球感兴趣，这些兴趣点就是一个标签。有了这些数据就可以得到喜欢同一个标签的人，以及用户的共同感兴趣的标签。给用户打标签的时候需要①给用户打标签，②给标签加用户，需要给这两个操作增加事务。

5.zset

等价于Map,可以给每一个元素value赋予一个权重score；同时它类似于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。

（1）.增加元素

zadd,增加一到多个score/value对

> zadd reader 4.0 python
(integer) 1
> zadd reader 4.0 java 1.0 go
(integer) 2

（2）.获取长度

zcard得到元素个数

> zcard reader
(integer) 3

（3）.删除元素

zrem删除元素，可以一次删除多个

> zrem reader go python
(integer) 2

（4）.获取排名和分数

通过zscore获取自动元素的权重，zrank获取指定元素的正向排名，zrevrank获取指定元素的反向排名

> zscore reader python
"5"
> zrank reader go  # 分数低的排名考前，rank值小
(integer) 0
> zrank reader java
(integer) 1
> zrank reader python
(integer) 2
> zrevrank reader python
(integer) 0

（5）.根据排名范围获取元素列表

zrange指定排名范围参数获取对应的列表，加withscores 可以获取元素的权重，zrevrange按负向排名获取元素列表

> zrange reader 0 -1  # 获取所有元素
1) "go"
2) "java"
3) "python"
> zrange reader 0 -1 withscores
1) "go"
2) "1"
3) "java"
4) "4"
5) "python"
6) "5"
> zrevrange reader 0 -1 withscores
1) "python"
2) "5"
3) "java"
4) "4"
5) "go"
6) "1"

（6）.根据score范围获取列表

zrangebbyscore指定score范围获取对应的元素列表，zrevrangeyscore获取倒排元素列表，-inf表示负无穷，+inf表示正无穷

> zrangebyscore reader 0 5
1) "go"
2) "java"
3) "python"
> zrangebyscore reader -inf +inf withscores
1) "go"
2) "1"
3) "java"
4) "4"
5) "python"
6) "5"
> zrevrangebyscore reader +inf -inf withscores  # 注意正负反过来了
1) "python"
2) "5"
3) "java"
4) "4"
5) "go"
6) "1"

（7）.根据范围移除元素列表

通过排名范围，也可以通过score范围来一次性移除多个元素

> zremrangebyrank reader 0 1
(integer) 2  # 删掉了2个元素
> zadd reader 4.0 java 1.0 go
(integer) 2
> zremrangebyscore reader -inf 4
(integer) 2
> zrange reader 0 -1
1) "python"

（8）.使用场景

排行榜：例如用户发表文章，用score来表示点赞量，根据点赞量进行排行；延迟消息队列，例如下单系统，下单后需要在15分钟内支付，如果15分钟内未支付，则订单取消，下单后的15分钟时间作为score，订单作为value存入redis，如果消费的时间大于这笔记录的score，则将这笔记录移除订单。

总结

以上就是Redis五大数据结构以及相关用法和使用场景