redis 从0到1完整学习 （三）：redis 数据结构

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0. 概述

0.1 简要介绍

Redis 最新官网有关数据结构的介绍：Understand Redis data types。

按照最新的官网介绍，我这里提炼总结一下，Redis 的 key 一般是 String 类型，value 可以有如下类型：

• Strings。 最基础的类型，不多解释
• Lists。 按插入顺序排序的字符串列表
• Sets。 字符串的无序集合（字符串不可重复），类似于Java HashSets、Python sets 等
• Hashes。 键值对集合的类型。类似于 Python dict、Java HashMap。
• Sorted sets。按照字符串元素关联的分数来进行排序的 Sets
• Streams。 Redis 5.0 版本引入的一种新的数据类型，主要用于实现消息队列、日志、数据同步等。
• Geospatial indexes。存储和处理地理位置信息。它可以将地理位置的经度和纬度编码为二维平面上的点，并支持根据距离或矩形区域查询附近的地理位置点。
• Bitmaps。基于字符串位操作的集合。字符串是二进制安全的，并且最长可支持512M，所以它们可以用来存储2的32次方（512 * 1024 * 1024 * 8 ）不同位的数据。
• Bitfields。一种位字段数据类型。它允许用户在一个Redis字符串中存储、读取和修改不同长度的整数值。
• HyperLogLog。用于对海量数据进行基数统计。

下面针对常用的一些命令进行介绍。

1. Strings

字符串类型，是Redis中最简单的存储类型，不超过 512 MB。根据字符串的格式不同，又可以分为：

• string：普通字符串
• int：整数类型
• float：浮点类型

1.1 常用命令

- SET：添加或者修改键值对
- GET：根据 key 获取值
- MSET：批量添加多个键值对
- MGET：根据多个 key 获取多个值
- INCR：整型的 key 的值增1
- INCRBY: 整型的key增加指定步长
- INCRBYFLOAT：浮点类型的数字增指定步长
- SETNX：仅当这个 key 不存在才添加键值对
- SETEX：添加键值对，并且指定有效期

例如：

SET name "John"
GET name
SETNX user_id 123456
SETEX session 30 "user_id=123456&username=John"

2 Lists

List 结构是一种双端链表，支持在两端插入和删除元素。它具有以下特点：

• 动态增长：当列表中的元素数量超过其容量时，Redis会自动扩容，使得列表的容量始终能够容纳当前元素数量。
• 内存存储：Redis 的 List结构是在内存中存储的，因此读写速度非常快。
• 支持多种操作：Redis 的 List 结构支持多种操作，如插入、删除、查找等。

2.1 常用命令

- LPUSH key value ... ：向列表左侧插入一个或多个元素
- LPOP key：移除并返回列表左侧的第一个元素，没有则返回 nil
- RPUSH key value ... ：向列表右侧插入一个或多个元素
- RPOP key：移除并返回列表右侧的第一个元素
- LRANGE key star end：返回一段角标范围内的所有元素
- BLPOP 和 BRPOP：给定列表内没有任何元素可供弹出的时候，连接将被阻塞，直到超时或有元素可弹出为止

例如：

LPUSH myqueue item1  
RPOP myqueue
BLPOP mylist 0  # 阻塞式获取列表 mylist 中的元素，直到有元素可弹出或超时时间为0（永久阻塞）

3. Sets

Redis 的 Sets 是一个无序的、不重复的元素序列。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)。Redis Sets 提供的功能包括：

• 添加一个或多个指定的 member 元素到集合中。
• 判断某个成员是否在一个 set 集合内。
• 对集合进行交集、并集、差集等操作。

3.1 常用命令

- SADD key member [member ...]：命令用于向集合中添加一个或多个元素。如果集合不存在，则会创建一个新的集合
- SADD key member [member ...] : 移除指定元素
- SCARD key： 返回集合的成员数
- SISMEMBER key member：判断一个元素是否存在于集合中
- SMEMBERS：返回集合的所有元素
- SINTER key1 key2 ... ：求key1与key2的交集

例子：

SADD myset "apple" "banana" "cherry"
SCARD myset
SISMEMBER myset "banana"

4. Hashes

通过键值对的形式保存数据。在 Redis 中，Hashes 可以被视为 Java 中的HashMap，通过 key-value 的形式保存数据。

4.1 常用命令

Hash的常见命令有：

- HSET key field value：添加或者修改 key 的 field 值
- HGET key field：获取 key 的 field 的值
- HMSET：批量添加多个 key的 field 的值
- HMGET：批量获取多个 key 的 field 的值
- HGETALL：获取 key 中的所有的 field 和 value
- HKEYS：获取 hash 类型的 key 中的所有的 field
- HINCRBY: 让 key 的字段值自增并指定步长
- HSETNX：仅当 field 存在，添加 key 的 field 值，否则不执行

例子：

HSET user:1 name "John"  
HSET user:1 age 25  
HSET user:1 address "New York"

HGET user:1 name
HGETALL user:1

5. Sorted sets

Sorted sets 是一个可排序的 Set 集合。Sorted sets 中的每一个元素都带有一个 score 属性，可以基于 score 属性对元素排序，底层的实现是一个跳表（SkipList）加 hash表。

Sorted sets 具备下列特性：

• 可排序
• 元素不重复
• 查询速度快

5.1 常用命令

Sorted sets 的常见命令有：

- ZADD key score member：添加一个或多个元素到 Sorted sets，如果已经存在则更新其 score 值
- ZREM key member：删除 Sorted sets 中的一个指定元素
- ZSCORE key member : 获取 Sorted sets 中的指定元素的 score 值
- ZRANK key member：获取 Sorted sets 中的指定元素的排名
- ZCARD key：获取 Sorted sets t中的元素个数
- ZCOUNT key min max：统计 score 值在给定范围内的所有元素的个数
- ZINCRBY key increment member：让 Sorted sets 中的指定元素自增，步长为指定的increment值
- ZRANGE key min max：按照 score 排序后，获取指定排名范围内的元素
- ZRANGEBYSCORE key min max：按照 score 排序后，获取指定 score范围内的元素
- ZDIFF、ZINTER、ZUNION：求差集、交集、并集

例如：
假设我们有一个 Sorted sets，成员是游戏玩家的得分，我们需要根据得分对玩家进行排序。使用 ZADD 命令将玩家的得分添加到 Sorted sets 中：

ZADD players 90 "Alice"
ZADD players 80 "Bob"
ZADD players 85 "Charlie"

接下来，使用 ZRANGE 命令获取所有成员及其分数：

ZRANGE players 0 -1 WITHSCORES

这将返回 “players” Sorted sets 中所有成员及其分数，按分数从小到大排序。

想要查找特定得分的玩家，我们可以使用 ZRANGEBYSCORE 命令：

ZRANGEBYSCORE players 80 90 WITHSCORES

返回 “players” Sorted sets 中分数在80到90之间的所有成员及其分数。

6. Streams

Redis Streams 允许存储和检索大量的数据。

6.1 常用命令

Streams 的常见命令有：

- XADD stream_name field value [field value ...]：创建 Stream。其中，stream_name 是 Stream 的名称，field 是数据的字段，value 是字段的值，可以一次添加多个字段和值
- XREAD COUNT 0 STREAMS stream_name [stream_name ...] ID [ID ...]：读取 Stream。其中，COUNT 是读取的记录数量，0表示读取所有记录；STREAMS 是要读取的 Stream 的名称；ID 是你要读取的记录的 ID。可以指定要读取的记录的 ID 范围。
- XDEL stream_name [id [id ...]]：删除 Stream。其中，stream_name 是 Stream 的名称；id 是要删除的记录的 ID。可以指定要删除的记录的 ID 范围。

例子：
假设我们有一个名为 “my_stream” 的 Stream，用于存储用户的登录记录。

1. 创建 Stream：

XADD my_stream *user_id 123 *timestamp 1625555555

这个命令将一个记录添加到 “my_stream” 中，包含字段 “user_id” 和 “timestamp”，它们的值分别为 123 和 1625555555。

2. 读取 Stream：

XREAD COUNT 1 STREAMS my_stream 0

这个命令从 “my_stream” 中读取一条记录，起始 ID 为0。

3. 删除 Stream 中的记录：

XDEL my_stream 1625555555

这个命令从 “my_stream” 中删除 ID 为1625555555的记录。