Redis基础篇 -- 数据类型

一、概述

1.1 简介

1. Redis是一个开源的、基于内存的、支持持久化的、以 key-value形式存储的 NoSQL数据库。
2. 支持包含 String（字符串）、List（链表）、Set（集合）、ZSet（有序集合）、Hash（哈希）等众多数据类型。
3. 支持 set/ get、push/ pop、add/ remove、交集/ 并集/ 差集等丰富的操作，而且这些操作都是原子性的。

1.2 应用场景

1. 最新 N个数据：通过 List实现按自然时间排序的数据
2. 排行榜（TopN）：利用 ZSet有序集合
3. 时效性数据，比如手机验证码：利用键的 Expire过期属性
4. 计数器，秒杀：利用原子性自增/ 自减方法 INCR、DECR
5. 去重：利用 Set集合
6. 构建队列：利用 List集合
7. 发布订阅消息：利用 pub/ sub模式

1.3 键的操作

命令	说明
keys *	查看当前库所有的 key，还可以通过 key user* 进行模糊匹配
exists key	判断某个 key是否存在
type key	查看 key的类型
del key	删除指定的key
unlink key	删除指定的key（非阻塞，仅将keys从keyspace元数据中删除，真正的删除会在后续异步操作。）
expire key 10	为给定的 key设置过期时间（秒）
ttl key	查看剩余过期时间，-1表示永不过期，-2表示已过期
select [0-15]	切换数据库
dbsize	返回当前数据库的 key的数量
flushdb	清空当前库
flushall	清空所有库

二、基本数据类型

2.1 字符串

• 简介

1. Redis最基本的类型，一个 key对应一个 value。
2. String类型是二进制安全的，这意味着它可以包含任何数据，比如图片或者序列化的对象。
3. String类型的 value最大可以达到 512M。

2.1.1 常用命令

命令	说明
set key value	设置对应键值
get key	查询对应键值
append key value	将给定的 value 追加到原值的末尾
strlen key	获得值的长度
setnx key value	只有在 key不存在时，才可以设置 key的值
incr key	将 key中储存的数字值增 1；只能对数字值操作，如果为空，新增值为 1
decr key	将 key中储存的数字值减 1；只能对数字值操作，如果为空，新增值为 -1
incrby/decrby key step	将 key中储存的数字值增减，自定义步长
mset key1 value1 key2 value2 …	同时设置一个或多个 key-value对
mget key1 key2 key3 …	同时获取一个或多个 value
msetnx key1 value1 key2 value2 …	同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在时才可以成功
getrange key start-pos end-pos	范围取值
setrange key start-pos value	从 start-pos 开始，用 value 覆写 key 所储存的字符串值（索引从0开始）
setex key expire-time value	设置键值的同时，设置过期时间，单位秒
getset key value	获得旧值的同时设置新值

• set
  

参数	说明
EX	超时秒数
PX	超时毫秒数，与EX互斥
NX	当数据库中 key不存在时，可以将 key-value添加数据库
XX	当数据库中 key存在时，可以将 key-value添加数据库，与NX参数互斥

• getrange

redis:6379> get mykey
"This is a string"
redis:6379> getrange mykey 0 3
"This"
redis:6379> 

• setrange

redis:6379> SET key1 "Hello World"
"OK"
redis:6379> SETRANGE key1 6 "Redis"
(integer) 11
redis:6379> GET key1
"Hello Redis"
redis:6379> 

• getset

redis:6379> SET mykey "Hello"
"OK"
redis:6379> GETSET mykey "World"
"Hello"
redis:6379> GET mykey
"World"
redis:6379>

2.1.2 数据结构

1. String的数据结构为简单动态字符串(Simple Dynamic String，缩写SDS)。
2. 是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于 Java的 ArrayList，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配。
   
3. 如图中所示，为当前字符串实际分配的空间 capacity一般要高于实际字符串长度 len。
4. 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（最大 512M）。

2.2 列表

• 简介

1. List 是简单的字符串列表，可以为一个 key设置多个 value，按照插入顺序排序。
2. 添加一个元素到列表时，可以从头部（左边）或者尾部（右边）进行添加。
3. 它的底层实际是个双向链表，对两端的操作性能很高，通过索引下标的操作中间的节点性能会较差。

2.2.1 常用命令

命令	说明
lpush/rpush key value1 value2 value3 …	从左边/右边插入一个或多个值
lpop/rpop key	从左边/右边吐出一个值（会删除），最后一个值吐出后键就不存在了
lindex key index	从左到右按照索引下标获得元素（不会删除）
llen key	获得列表长度
linsert key before value newvalue	在 value 的前插入 newvalue
lrem key n value	从从左到右删除 n个为 value的值，n = 0表示删除所有，n < 0表示从右往左
lset key index value	将下标为 index的值替换成 value
lrange key start stop	从左到右获取指定范围内的数据，0 -1 表示获取所有数据
rpoplpush key1 key2	从 key1列表右边吐出一个值，插到 key2列表左边

• LINSERT

redis:6379> RPUSH mylist "Hello"
(integer) 1
redis:6379> RPUSH mylist "World"
(integer) 2
redis:6379> LINSERT mylist BEFORE "World" "There"
(integer) 3
redis:6379> LRANGE mylist 0 -1
1) "Hello"
2) "There"
3) "World"
redis:6379>

• RPOPLPUSH

redis:6379> RPUSH mylist "one"
(integer) 1
redis:6379> RPUSH mylist "two"
(integer) 2
redis:6379> RPUSH mylist "three"
(integer) 3
redis:6379> RPOPLPUSH mylist myotherlist
"three"
redis:6379> LRANGE mylist 0 -1
1) "one"
2) "two"
redis:6379> LRANGE myotherlist 0 -1
1) "three"
redis:6379> 

2.2.2 数据结构

1. 列表元素较少的情况下会使用一块连续的内存存储，其结构为 ziplist（压缩列表）；当数据量比较多的时候才会改成 quicklist。
2. 普通链表需要的附加指针（prev和 next）空间太大，会比较浪费空间。
   
3. Redis将链表和 ziplist结合起来组成了 quicklist：也就是将多个 ziplist使用双向指针串起来使用；这样既满足了快速的插入删除性能，又不会出现太大的空间冗余。

2.3 集合

• 简介

1. Set 是 String类型的无序集合且不包含重复元素，对外提供判断某个成员是否在集合内的重要接口。
2. 它底层其实是一个 value为 null的 hash表，其添加、删除、查找的复杂度都是 O(1)。

2.3.1 常用命令

命令	说明
sadd key value1 value2 …	将一个或多个 member 元素加入到集合 key 中，已经存在的 member 元素将被忽略
smembers key	取出该集合的所有值
sismember key value	判断集合 key 是否为含有该 value 值，有1，没有0
scard key	返回该集合的元素个数
srem key value1 value2 …	删除集合中的某个元素
spop key	随机从该集合中吐出一个值
srandmember key n	随机从该集合中取出n个值，不会从集合中删除
smove source destination value	把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合
sinter key1 key2	返回两个集合的交集元素
sunion key1 key2	返回两个集合的并集元素
sdiff key1 key2	返回两个集合的差集元素

2.3.2 数据结构

1. Set数据结构是 dict字典，字典是用哈希表实现的。
2. Java中 HashSet的内部实现使用的是 HashMap，只不过所有的 value都指向同一个对象。
3. Redis的 set结构也是一样，它的内部也使用 hash结构，所有的 value都指向同一个内部值。

2.4 哈希

• 简介

1. Redis hash 是一个键值对集合，类似 Java里面的 Map。
2. Redis hash 是一个 string类型的 field和 value的映射表，hash特别适合用于存储对象。

2.4.1 常用命令

命令	说明
hset key field value	给 key 集合中的 field 键赋值 value
hget key field	从 key 集合 field 取出 value
hmset key1 field1 value1 field2 value2 …	批量设置 hash的值
hexists key1 field	查看哈希表 key 中，给定域 field 是否存在
hkeys key	列出该 hash集合的所有 field
hvals key	列出该 hash集合的所有 value
hincrby key field value	为哈希表 key 中的域 field 的值加上 value 的增量
hsetnx key field value	当且仅当域 field 不存在时，将哈希表 key 中的域 field 的值设置为 value

2.4.2 数据结构

1. Hash类型对应的数据结构是两种：ziplist（压缩列表）和 hashtable（哈希表）。
2. 当 field-value长度较短且个数较少时，使用 ziplist，否则使用 hashtable。

2.5 有序结合

• 简介

1. zset 与普通集合 set非常相似，是一个没有重复元素的字符串集合。
2. 不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分（score），被用来按照 从最低分到最高分 的方式排序集合中的成员。
3. 集合的成员是唯一的，但是评分可以是重复的，可以很快根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素。

2.5.1 常用命令

命令	说明
zadd key score1 value1 score2 value2 …	将一个或多个 member 元素及其 score 值加入到有序集 key 当中
zrange key start stop [withscores]	返回有序集 key 中，下标在 start stop 之间的元素（带WITHSCORES，可以让分数一起和值返回到结果集）
zrevrange key start stop [withscores]	zrange 的倒序版
zrangebyscore key minmax [withscores]	返回有序集 key 中，所有 score 值介于 min 和 max 之间（包括等于 min 或 max）的成员
zincrby key increment value	为 key 中为 value 的元素的分数增加 increment
zrem key value	删除该集合下，指定值的元素
zcount key min max	统计该集合，分数区间内的元素个数
zrank key value	返回该值在集合中的排名，从0开始

2.5.2 数据结构

1. SortedSet（zset） 是 Redis提供的一个非常特别的数据结构，一方面它等价于 Java的数据结构 Map，可以给每一个元素 value赋予一个权重 score，另一方面它又类似于 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。
2. zset 底层使用了两个数据结构：hash，hash的作用就是关联元素 value和权重 score，保障元素 value的唯一性，可以通过元素 value找到相应的 score值；跳跃表，跳跃表的目的在于给元素 value排序，根据 score的范围获取元素列表。

三、扩展数据类型

3.1 Bitmap

• 简介

1. Bitmaps本身不是一种数据类型， 实际上它就是字符串（key-value）， 但单独提供了一套命令可以对字符串的位进行操作。
2. 可以把它想象成一个以位为单位的数组， 数组的每个单元只能存储 0和 1，数组的下标在 Bitmaps中叫做偏移量。
   

• 命令

格式	说明
setbit key offset 0/1	设置 bit位的值
getbit key offset	获取 bit位的值（不存在时返回 0）
bitcount key [start end BYTE/BIT]	统计字符串被设置为 1的 bit数，BYTE/END 可以指定 start/end 的偏移计算方式
bitop and/or/not/xor dest-key src-key1 src-key2 [… src-keyN]	对多个 bitmap 做逻辑操作结果存放在 dest-key

1. bitcount

redis:6379> setbit user:daily 1 1
(integer) 0
redis:6379> setbit user:daily 5 1
(integer) 0
redis:6379> setbit user:daily 9 1
(integer) 0
redis:6379> setbit user:daily 13 1
(integer) 0
redis:6379> bitcount user:daily
(integer) 4
redis:6379> bitcount user:daily 0 1
(integer) 4
redis:6379> bitcount user:daily 0 9 BIT
(integer) 3
redis:6379> 

2. bitop

redis:6379> setbit user:daily:0423 5 1
(integer) 0
redis:6379> setbit user:daily:0424 3 1
(integer) 0
redis:6379> bitop or user:weekly user:daily:0423 user:daily:0424
(integer) 1
redis:6379> bitcount user:weekly
(integer) 2
redis:6379> 

3.2 HyperLogLog

• Intro

1. A HyperLogLog is a probabilistic data structure used in order to count unique things.
2. Usually counting unique items requires using an amount of memory proportional to the number of items you want to count.
3. Redis uses a constant amount of memory(< 12k) and provides an estimated measure with a standard error(< 1%).

• 命令

命令	说明
pfadd key mem1 mem2 [… memN]	添加元素
pfcount key	统计非重复的元素
pfmerge destkey sourcekey sourcekey2 [… sourcekeyN]	合并键

3.3 Geospatial

• 简介

1. 该类型用于存储地理位置的坐标信息（经纬度）。
2. 对外提供直线距离计算、范围查询等 API。

• 命令

命令	说明
geoadd key longitude latitude member […]	添加元素的经纬度信息
geopos key member […]	获取元素的经纬度信息
geodist key member1 member2 [m|km|ft|mi]	获取两个元素的直线距离（ 米|千米|英里|英尺）
georadius key longitude latitude radius [m|km|ft|mi]	获取指定位置范围内所有的元素