Redis(二)-基本数据类型

概述

本节主要分析Redis5大数据类型(对应上一节分析的RedisObject中Type属性：String/List/Set/Hash/Sorted Set)的编码/常用操作

1. String

1.1 编码

• int: 若是整数值并且该整数值可以用long类型表示，则编码为int
• embstr: 若是字符串值，并且字符串长度小于等于44字节，则编码为embstr
• raw: 若是字符串值，并且字符串长度大于44字节，则SDS保存字符串值，编码为raw

注意：
1、long/double类型的浮点数是用字符串保存的，对其操作会先转化为浮点型进行操作再转化为字符串保存
2、对int型操作（如APPEND一个字符串），会把int转化为raw
3、embstr字符串为只读，若要对其修改会先转化为raw

1.2 常用操作

SET：为一个key设置value，可以配合EX/PX参数指定key的有效期，通过NX/XX参数针对key是否存在的情况进行区别操作，时间复杂度O(1)
GET：获取某个key对应的value，时间复杂度O(1)
GETSET：为一个key设置value，并返回该key的原value，时间复杂度O(1)
INCR：将key对应的value值自增1，并返回自增后的值。只对可以转换为整型的String数据起作用。时间复杂度O(1)
INCRBY：将key对应的value值自增指定的整型数值，并返回自增后的值。只对可以转换为整型的String数据起作用。时间复杂度O(1)
DECR/DECRBY：同INCR/INCRBY，自增改为自减。
MSET：为多个key设置value，时间复杂度O(N)
MSETNX：同MSET，如果指定的key中有任意一个已存在，则不进行任何操作，时间复杂度O(N)
MGET：获取多个key对应的value，时间复杂度O(N)
BITCOUNT：获取bit位为1的位数
BITOP：操作bit位，BITOP operation destkey key [key ...]
BITPOS：查找bit位，BITPOS key bit [start] [end]
GETBIT：查看bit位，GETBIT key offset
SETBIT：设置bit位，SETBIT key offset value

1.3 小结

• 最底层数据结构都是基于字节数组，除M*操作时间复杂度为O(N)(N为同时操作的字符串个数)，其余命令基本都是O(1)时间复杂度
• BIT*相关操作实际复杂度为O(N)(N为bit位数)
• bitmap占用内存小，可以实现很多对内存要求比较敏感的需求，例如：统计用户每天登录情况/签到情况/连续登录情况等

2. List

1.1 编码

• ziplist(压缩列表)：Redis3.2以前，保存的字符串元素都小于64字节，并且元素数量小于512个时，使用ziplist；
• linkedlist(双向链表)：Redis3.2以前，否则使用linkedlist，每个节点保存一个字符串对象
• quicklist(快速链表)：Redis3.2以后，统一使用quicklist编码

1.2 常用操作

LPUSH：向指定List的左侧（即头部）插入1个或多个元素，返回插入后的List长度。时间复杂度O(N)，N为插入元素的数量
RPUSH：同LPUSH，向指定List的右侧（即尾部）插入1或多个元素
LPOP：从指定List的左侧（即头部）移除一个元素并返回，时间复杂度O(1)
RPOP：同LPOP，从指定List的右侧（即尾部）移除1个元素并返回
LPUSHX/RPUSHX：与LPUSH/RPUSH类似，区别在于，LPUSHX/RPUSHX操作的key如果不存在，则不会进行任何操作
LLEN：返回指定List的长度，时间复杂度O(1)
LRANGE：返回指定List中指定范围的元素，时间复杂度O(N)
LINDEX：返回指定List指定index上的元素，如果index越界，返回nil。index数值是回环的，即-1代表List最后一个位置，-2代表List倒数第二个位置。时间复杂度O(N)
LSET：将指定List指定index上的元素设置为value，如果index越界则返回错误，时间复杂度O(N)，如果操作的是头/尾部的元素，则时间复杂度为O(1)
LINSERT：向指定List中指定元素之前/之后插入一个新元素，并返回操作后的List长度。如果指定的元素不存在，返回-1。如果指定key不存在，不会进行任何操作，时间复杂度O(N)

1.3 小结

• 基于头/尾操作时间复杂度为O(1)；基于范围/中间位置操作时间复杂度为O(n)
• Redis的List实际是设计来用于实现队列，而不是用于实现类似ArrayList这样的列表的，如果不是想要实现一个双端队列，那么请尽量不要使用List数据结构
• 通过BLPOP/BLPUSH实现阻塞队列

3. Set

1.1 编码

• intset(整数集合)：所有元素都是整数值，并且数量不超过512个时，使用intset；
• hashtable(字典)：否则使用hashtable，每个键都为一个字符串对象，值为NULL

1.2 常用操作

SADD：向指定Set中添加1个或多个member，如果指定Set不存在，会自动创建一个。时间复杂度O(N)，N为添加的member个数
SREM：从指定Set中移除1个或多个member，时间复杂度O(N)，N为移除的member个数
SRANDMEMBER：从指定Set中随机返回1个或多个member，时间复杂度O(N)，N为返回的member个数
SPOP：从指定Set中随机移除并返回count个member，时间复杂度O(N)，N为移除的member个数
SCARD：返回指定Set中的member个数，时间复杂度O(1)
SISMEMBER：判断指定的value是否存在于指定Set中，时间复杂度O(1)
SMOVE：将指定member从一个Set移至另一个Set
SMEMBERS：返回指定Hash中所有的member，时间复杂度O(N)
SUNION/SUNIONSTORE：计算多个Set的并集并返回/存储至另一个Set中，时间复杂度O(N)，N为参与计算的所有集合的总member数
SINTER/SINTERSTORE：计算多个Set的交集并返回/存储至另一个Set中，时间复杂度O(N)，N为参与计算的所有集合的总member数
SDIFF/SDIFFSTORE：计算1个Set与1或多个Set的差集并返回/存储至另一个Set中，时间复杂度O(N)，N为参与计算的所有集合的总member数

1.3 小结

• 实现/功能/时间复杂度类似HashSet
• 交集/并集/差集时间复杂度O(n)，可以实现统计新增用户数/留存用户数等功能，但是最好在从库上执行

4. Hash

1.1 编码

• ziplist(压缩列表)：所有键值对的键和值的字符串长度都小于64字节，并且键值对数量小于512个，使用ziplist
• hashtable(字典)：否则使用hashtable，键和值都为字符串对象

1.2 常用操作

HSET：将key对应的Hash中的field设置为value。如果该Hash不存在，会自动创建一个。时间复杂度O(1)
HGET：返回指定Hash中field字段的值，时间复杂度O(1)
HMSET/HMGET：同HSET和HGET，可以批量操作同一个key下的多个field，时间复杂度：O(N)，N为一次操作的field数量
HSETNX：同HSET，但如field已经存在，HSETNX不会进行任何操作，时间复杂度O(1)
HEXISTS：判断指定Hash中field是否存在，存在返回1，不存在返回0，时间复杂度O(1)
HDEL：删除指定Hash中的field（1个或多个），时间复杂度：O(N)，N为操作的field数量
HINCRBY：同INCRBY命令，对指定Hash中的一个field进行INCRBY，时间复杂度O(1)
HGETALL：返回指定Hash中所有的field-value对。返回结果为数组，数组中field和value交替出现。时间复杂度O(N)
HKEYS/HVALS：返回指定Hash中所有的field/value，时间复杂度O(N)

1.3 小结

• 实现/功能/时间复杂度类似HashMap

5. Sorted Set

1.1 编码

• ziplist(压缩列表)：元素数量小于128个，并且元素成员长度小于64字节，使用ziplist，每个集合元素使用两个压缩列表节点保存，第一个保存成员，第二个保存分数，集合元素按分值从小到大排序
• skiplist(跳表)：否则使用skiplist编码，底层为zset结构，包含一个字典和一个跳跃表；跳跃表按分值进行排序，实现了范围查询；而字典创建了从成员到分数的映射，键为集合元素，值为分数；字典和跳跃表都使用指针指向成员和分数，因此不会造成内存浪费

1.2 常用操作

ZADD：向指定Sorted Set中添加1个或多个member，时间复杂度O(Mlog(N))，M为添加的member数量，N为Sorted Set中的member数量
ZREM：从指定Sorted Set中删除1个或多个member，时间复杂度O(Mlog(N))，M为删除的member数量，N为Sorted Set中的member数量
ZCOUNT：返回指定Sorted Set中指定score范围内的member数量，时间复杂度：O(log(N))
ZCARD：返回指定Sorted Set中的member数量，时间复杂度O(1)
ZSCORE：返回指定Sorted Set中指定member的score，时间复杂度O(1)
ZRANK/ZREVRANK：返回指定member在Sorted Set中的排名，ZRANK返回按升序排序的排名，ZREVRANK则返回按降序排序的排名。时间复杂度O(log(N))
ZINCRBY：同INCRBY，对指定Sorted Set中的指定member的score进行自增，时间复杂度O(log(N))
ZRANGE/ZREVRANGE：返回指定Sorted Set中指定排名范围内的所有member，ZRANGE为按score升序排序，ZREVRANGE为按score降序排序，时间复杂度O(log(N)+M)，M为本次返回的member数
ZRANGEBYSCORE/ZREVRANGEBYSCORE：返回指定Sorted Set中指定score范围内的所有member，返回结果以升序/降序排序，min和max可以指定为-inf和+inf，代表返回所有的member。时间复杂度O(log(N)+M)
ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE：移除Sorted Set中指定排名范围/指定score范围内的所有member。时间复杂度O(log(N)+M)

1.3 小结

• 按照分数进行排序
• 增/删/改/查时间复杂度为 log(N)
• 可实现分页场景

总结

• Redis 之所以能快速操作键值对，一方面是因为 O(1) 复杂度的哈希表被广泛使用，包括 String、Hash 和 Set，它们的操作复杂度基本由哈希表决定，另一方面，Sorted Set 也采用了 O(logN) 复杂度的跳表
• 复杂度较高的 List 类型，它的两种底层实现结构：双向链表和压缩列表的操作复杂度都是 O(N)。因此，建议因地制宜地使用 List 类型
• Redis数据类型丰富，每个类型的操作繁多，无法一下子记住所有操作的复杂度。所以，最好的办法就是掌握原理，以不变应万变
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