Redis五种数据类型的应用场景

前言：Redis 是一种基于键值对的NoSQL缓存数据库，key都是由字符串构成的，而它的值主要由string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合），zset（有序集合）五种基本数据结构构成，除此之外还支持一些其他的数据结构和算法。在开发中，字符串类型是用的最多的数据类型，导致我们忽视了redis的其他四种数据类型，在具体场景下选择具体的数据类型对提升Redis性能有非常大的帮助。

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一、string

字符串类型是Redis最基础的数据结构，字符串类型可以是JSON、XML甚至是二进制的图片等数据，但是最大值不能超过512MB。Redis 里的字符串是SDS简单动态字符串，会根据实际情况动态调整。

1.1、缓存

简单key-value存储：在Web服务中，使用MySQL作为数据库，Redis作为缓存。由于Redis具有支撑高并发的特性，通常能起到加速读写和降低后端压力的作用。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。

1.2、分布式锁

setnx key value，当key不存在时，将key 的值设为 value ，返回1;

若给定的 key 已经存在，则setnx不做任何动作，返回0。

当setnx返回1时，表示获取锁，做完操作以后del key，表示释放锁；如果setnx返回0表示获取锁失败，整体思路大概就是这样

1.3、计数器

Redis中有一个字符串相关的命令incr key，incr命令将 key 中储存的数字值增一，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， key 的值会先被初始化为 0 ，返回1

比如文章的阅读量，视频的播放量等等都会使用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。

（1）知乎每个问题的被浏览器次数

set key 0 

incr key // incr readcount::{帖子id} 每阅读一次

get key // get readcount::{帖子id} 获取阅读量 

(2)  IP限制

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。

1.4、共享Session

在分布式系统中，用户的每次请求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，为了解决这个问题，使用redis集中管理这些session，将session存入redis，使用的时候直接从redis中获取就可以了。

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二、hash

Redis的散列可以让用户将多个键值对存储到一个Redis的键里面，散列非常适用于将一些相关的数据存储在一起。类似map的一种结构，将结构化的数据，比如一个对象（前提是这个对象没嵌套其他的对象）给缓存到redis中，以后每次读写内存时，就可以操作hash里的某个字段。

2.1、hash内部编码

   哈希类型的内部编码有两种：

• ziplist（压缩列表）：当哈希类型元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置（默认512个）同时所有值都小于hash-max-ziplist-value配置（默认64字节）时使用。ziplist使用更加紧凑的结构实现多个元素的连续存储，所以比hashtable更加节省内存。

• hashtable（哈希表）：当ziplist不能满足要求时，会使用hashtable。

2.2、使用场景

由于hash类型存储的是多个键值对，比如数据库有以下一个用户表结构

id	name	age
1	何哥	18

将以上信息存入redis，用表名:id作为key，用户属性作为值：

hset user:1 name 何哥 age 18

使用哈希存储会比字符串更加方便直观

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三、list

Redis 里的 List 是一个链表，由于链表本身插入和删除比较块，但是查询的效率比较低，所以常常被用做异步队列。Redis 里的 List 设计非常牛，当数据量比较小的时候，数据结构是压缩链表，而当数据量比较多的时候就成为了快速链表。

列表类型用来存储多个有序的字符串，一个列表最多可以存储2^32-1个元素，列表的两端都可以插入和弹出元素。

3.1、消息队列

在业务中异步队列使用 rpush/lpush 操作队列，使用 lpop 和 rpop 出队列，具体结构如下图所示：

Redis虽然支持消息队列的实现，但是并不支持ack。所以redis实现的消息队列不能保证消息的可靠性，除非自己实现消息确认机制，不过这非常麻烦，所以如果是重要的消息还是推荐使用专门的消息队列去做。

3.2、文章列表

因为列表的元素不但是有序的，而且还支持按照索引范围获取元素。因此我们可以使用命令lrange key 0 9分页获取文章列表

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四、set

set集合类型也可以保存多个字符串元素，与列表不同的是，集合中不允许有重复元素并且集合中的元素是无序的。一个集合最多可以存储2^32-1个元素。

无序集合，自动去重，将数据放到set中就可去重，可以基于JVM的HashSet去重，如果系统部署在多台机器上，就可以用redis进行全局去重。可以基于set做交集，并集，差集的操作。如把2个人的粉丝列表弄一个交集，就能看到两个人的共同好友是谁。

4.1、用户标签

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。

• 给用户打标签

sadd user:1:tags tag1 tag2

• 给标签添加用户

sadd tag1:users user:1

sadd tag2:users user:1

使用交集（sinter）求两个user的共同标签

sinter user:1:tags user:2:tags

4.2、抽奖功能

集合有两个命令支持获取随机数，分别是：

• 随机获取count个元素，集合元素个数不变

srandmember key [count]

• 随机弹出count个元素，元素从集合弹出，集合元素个数改变

spop key [count]

用户点击抽奖按钮，参数抽奖，将用户编号放入集合，然后抽奖，分别抽一等奖、二等奖，如果已经抽中一等奖的用户不能参数抽二等奖则使用spop，反之使用srandmember。

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 五、zset（sorted set ）

zset是Redis中最具有特色的数据结构（跳跃列表），首先它有set不可重复的特性，在这个基础上，还可以给value赋予一个排序权重score，所谓的有序其实就是根据这个得分来排序。排序的set，可以去重还可以排序，写进去的时候给一个分数，自动根据根据分数排序，分数可以自定义排序规则。

Redis 有序集合zset和集合set一样也是String类型元素的集合，且不允许重复的成员。不同的是 zset 的每个元素都会关联一个分数（分数可以重复），redis 通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。Redis的zset天生是用来做排行榜的，榜单，总榜，热榜。

5.1、zset内部编码

有序集合类型的内部编码有两种：

• ziplist（压缩列表）：当有序集合的元素个数小于list-max-ziplist-entries配置（默认128个）同时所有值都小于list-max-ziplist-value配置（默认64字节）时使用。ziplist使用更加紧凑的结构实现多个元素的连续存储，更加节省内存。

• skiplist（跳跃表）：当不满足ziplist的要求时，会使用skiplist。

5.2、zset类型操作命令

1)基本命令： zadd/ zrange/ zrevrange/zrem/zcard

2)常用命令： zrangebyscore/zrevrangebyscore/zcount

zadd

语法：zadd key score member [score member…]

作用：将一个或多个 member 元素及其 score 值加入到有序集合 key 中，如果 member存在集合中， 则更新值；score 可以是整数或浮点数

返回值：数字，新添加的元素个数

zincrby

语法：ZINCRBY key increment member

作用：对有序集合中指定成员的分数加上增量 increment

zrange

语法：zrange key start stop [WITHSCORES]

作用：查询有序集合，指定区间的内的元素。集合成员按 score 值从小到大来排序。

start，stop 都是 从 0 开始。0 是第一个元素，1 是第二个元素，依次类推。

以 -1 表示最后一个成员，-2 表示倒数第二 个成员。WITHSCORES 选项让 score 和 value 一同返回。

返回值：自定区间的成员集合

zrevrange

语法：zrevrange key start stop [WITHSCORES]

作用：返回有序集 key 中，指定区间内的成员。

其中成员的位置按 score 值递减(从大到小)来排列。 其它同 zrange 命令。

返回值：自定区间的成员集合

zrem

语法：zrem key member [member…]

作用：删除有序集合 key 中的一个或多个成员，不存在的成员被忽略

返回值：被成功删除的成员数量，不包括被忽略的成员。

zcard

语法：zcard key

作用：获取有序集 key 的元素成员的个数

返回值：key 存在返回集合元素的个数， key 不存在，返回 0

zrangebyscore

语法：zrangebyscore key min max [WITHSCORES ] [LIMIT offset count]

作用：获取有序集 key 中，所有 score 值介于 min 和 max 之间（包括 min 和 max）的成员，有序成员是按递增（从小到大）排序。

min ,max 是包括在内 ， 使用符号 ( 表示不包括。

min ， max 可以使用 -inf ，+inf 表示 最小和最大 limit 用来限制返回结果的数量和区间。

withscores 显示 score 和 value

返回值：指定区间的集合数据

zrevrangebyscore

语法：zrevrangebyscore key max min [WITHSCORES ] [LIMIT offset count]

作用：返回有序集 key 中， score 值介于 max 和 min 之间(默认包括等于 max 或 min )的所有的成 员。

有序集成员按 score 值递减(从大到小)的次序排列。其他同 zrangebyscore

zcount

语法：zcount key min max

作用：返回有序集 key 中， score 值在 min 和 max 之间(默认包括 score 值等于 min 或 max ) 的成员的数量

显示整个有序集成员,让 score 和 value 一同返回:

redis > ZRANGE salary 0 -1 WITHSCORES    
1) "jack"
2) "3500"
3) "tom"
4) "5000"
5) "boss"
6) "10086"

5.3、排行榜

用户发布了n篇文章，其他人看到文章后给喜欢的文章点赞，使用score来记录点赞数，有序集合会根据score排行。流程如下

用户发布一篇文章a，初始点赞数为0，即score为0

zadd user:article 0 a

有人给文章a点赞，递增1

zincrby user:article 1 a

查询点赞前三篇文章

zrevrangebyscore user:article 0 2

查询点赞后三篇文章

zrangebyscore user:article 0 2

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参考链接：

凉了呀，面试官让我设计一个排行榜

一文搞定Redis五大数据类型及使用场景

一口气说出 Redis 16 个常见使用场景

Redis--zset类型操作命令