Redis五大常用数据结构-string、list、set、hash、zset(笔记)

String

简介

String是 Redis 最基本的类型，你可以理解成与Memcached 一模一样的类型，一个 key 对应一个 value。
String 类型是二进制安全的。意味着 Redis 的 string 可以包含任何数据。比如：jpg图像或者序列化的对象。
String 类型是 Redis 最基本的数据类型，一个 Redis中字符串value最多可以是512M。

常用命令

set 添加键值对。

• NX：当数据库中key不存在时，可以将 key-value 添加数据库。setnx key value。
• 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。
• EX：key 的超时秒数。
• PX：key 的超时毫秒数，与EX互斥。

get 查询对应键值。
append 将给定的追加到原值的末尾。
strlen 获得值得长度。
setnx 只有在 key 不存在时，设置 key 的值。
incr 将 key 中存储的数字值增1。
decr 将key 中存储的数字值减1，只能对数字值操作，如果为空，新增值为-1。
incrby或者decrby <步长> 将key 中存储的数字值递增或递减。自定义步长。
mset ... 同时获取一个或多个 value。
msetnx ... 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。
原子性，有一个失败则都失败。
getrange <起始位置> <结束位置> 获得值的范围，类型java中的substring，前包，后包。
setrange <起始位置> 用 覆盖所存储的字符串值，从<起始位置>开始(索引从0开始)。
setex <过期时间> 设置键值的同时，设置过期时间，单位秒。
getset 以新换旧，设置新值的同时获得旧值。

数据结构

String 的数据结构为简单动态字符串(Simple Dynamic String，缩写SDS)。是可以修改的字符串，内部结构是实现上类似于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。

如图中所示，内部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。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，扩容时一次只会扩 1M 的空间。需要注意的时字符串最大长度为 512M。

List

简介

单键多值
Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。
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。

常用命令

lpush/rpush ...... 从左边/右边插入一个或多个值。
lpop/rpop 从左边/右边取出一个值，并删除。值在键在
rpoplpush 从列表取出一个值，插在列表的左边。
lrange 按照索引下标获得元素（从左到右）。
lrange mylist 0 -1 0左边第一个，-1右边第一个，（0 -1表示获取所有）。
lindex 按照索引下标获得元素（从左到右）。
llen 获得列表长度。
linsert before 在后面插入值。
lrem 从左边删除n个value（从左到右）。
lset 将列表key下标为index的值替换成value。

数据结构

List的数据结构为快速链表quickList
首先在列表元素较少的情况下会使用一块连续的内存存储，这个结构是ziplist，也即是压缩列表。

它将所有的元素紧挨着一起存储，分配的是一块连续的内存。
当数据量比较多的时候才会改成quicklist。

因为普通的链表需要的的附加指针空间太大，会比较浪费空间。比如：列表里存的只是int类型的数据，结构上还需要两个额外的指针prev和next。

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。

Set

简介

Redis set 对外提供的功能与list类似是一个列表的功能，特殊之处在于set是可以自动排重的，当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set 是一个很好的选择，并且 set 提供了判断某个成员是否在一个 set集合内的重要接口，这也是 list 所不能提供的。
Redis 的 set 时string类型的无序集合。它底层其实是一个value为null的hash表，所以添加、删除、查找的复杂度都是 O(1)。
一个算法，随着数据的增加，执行时间的长短，如果是 O(1)，数据增加，查找数据的时间不变。

常用命令

sadd ...... 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 取出该集合的所有值。
sismember 判断集合是否为含有该值，有则为1，无则0。
scard 返回该集合的元素个数。
srem ... 删除集合中的某个元素。
spop 随机从该集合中取出一个值，并删除。
srandmember 随机从该集合中取出n个值。不会从集合中删除。
smove value 把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合。
sinter 返回两个集合的交集。
sunion 返回两个集合的并集。
sdiff 返回两个集合的差集(key1中的，不包含key2中的)。

数据结构

Set 数据结构是dict字典，字典使用哈希表实现的。
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。
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。

Hash

简介

Redis Hash是一个键值对集合。
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。
类似 Java 里面的Map
用户ID为查找的 Key，存储的 value 用户对象包含姓名，年龄，生日等信息，如果用普通的 key/value 结构来存储，主要有以下2种存储方式：

1. 每次修改用户的某个属性，先反序列化改好后再序列化回去，开销较大。
   
2. 通过key(用户ID)+field(属性标签)就可以操作对应属性数据了，既不需要重复存储数据，也不会带来序列化和并发修改控制的问题。
   

常用命令

hset 给集合种的键赋值。
hget 从集合取出 value。
hmset ... 批量设置 hash 的值。
hexists 查看哈希表 key 中，给定域 field 是否存在。
hkeys 列出该 hash 集合的所有 field。
hvals 列出该 hash 集合的所有 value。
hincrby 为哈希表 key 中的域 field的值加上增量 1 -1。
hsetnx 将哈希表 key 中的域 field 的值设置为value，当且仅当域 field 不存在。

数据结构

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

ZSet有序集合（sorted set）

简介

Redis有序集合 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。

不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分(score)，这个评分（score）被用来按照最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的，但是评分可以是重复的。
因为元素是有序的，所以可以很快的根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素。
访问有序集合的中间元素也是非常快的，因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。

常用命令

zadd ... 将一个或多个member元素及其score值加入到有序集合key当中。
zrange [WITHSCORES] 返回有序集key中，下标在 之间的元素。带WITHSCORES，可以让分数一起和值返回到结果集。
zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count] 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，有序集成员按score值递增（从小到大）次序排列。
zrevrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count] 同上，改为从大到小排列。
zincrby 为元素的score加上增量。
zrem 删除该集合下，指定值的元素。
zcount 统计该集合，分数区间内的元素个数。
zrank 返回该值在集合中的排名，从0开始。

数据结构

Sorted Set(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，内部元素会按照权重score进行排序，可以得到每个元素的名词，还可以通过score的范围来获取元素的列表。
zset底层使用了两个数据结构。
(1) 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。
(2) 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。

跳跃表（跳表）

简介

有序集合在生活中比较常见，例如根据成绩对学生排名，根据得分对玩家排名等。对于有序集合的底层实现，可以用数组、平衡树、链表等。数组不便元素的插入、删除；平衡树或红黑树虽然效率搞但结构复杂；链表查询需要遍历所有，效率低。Redis采用的是跳跃表。跳跃表效率堪比红黑树，实现远比红黑树简单。

实例

对比有序链表和跳跃表，从链表种查询出51
（1）有序链表

要查找值为51的元素，需要从第一个元素开始一次查找、比较才能找到。共需要6次比较。
（2）跳跃表

从第2层开始，1节点比51节点小，向后比较。
21节点比51节点小，继续向后比较，后面就是null了，所以从21节点向下到第1层。
在第1层，41节点比51节点小，继续向后，61节点比51节点大，所以从41向下。
在第0层，51节点为要查找的节点，节点被找到，共查找4次。

从此可以看出跳跃表比有序链表效率要高。