【Redis】2.五大常用数据类型

1. Redis基础命令

• keys *
  • 查看到当前库的所有key
• exists key
  • 判断某个key是否存在
• type key
  • 查看某个key的类型
• del key
  • 删除指定key的数据
• unlink key
  • 根据value选择非阻塞删除
• expire key 10
  • 给指定key设置10秒过期时间
• ttl key
  • 查看key还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期
• select 2
  • 切换2号数据库，一共16个库，0~15
• dbsize
  • 查看当前数据库的key的数量
• flushdb
  • 清空当前库
• flushall
  • 通杀全部库

2. 原子性概述

1. 原子操作指不会被线程调度机制打断的操作。这种操作一旦开始就会运行到结束，中间不会有任何context switch(切换到另一个线程)。
2. 在单线程中，能够在单条指令中完成的操作都可以认为是“原子操作”，因为中断只能发生于指令之间。
3. 在多线程中，不能被其他进程（线程）打断的操作就叫原子操作。
4. Redis单命令的原子性主要得益于Redis的单线程。

3. 字符串String

3.1 简介

String是Redis的最基本的类型，与Memcached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String可以包含任何数据。如序列化对象和音频文件。

字符串value最多512M。

3.2 常用命令

• set <key> <value>

  • 添加键值对
  • 参数：
    • 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
    • EX: key的超时秒数
    • PX: key的超时毫秒数，与EX互斥

• get <key>

  • 查询对应键值

• append <key> <value>

  • 将给定的<value> 追加到原值末尾

• strlen <key>

  • 获取值的长度

• setnx <key> <value>

  • key不存在时就可以添加value

• incr <key>

  • 将key中存储的数字值原子的增1，只能对数字值操作，如果为空，新增值为1

• decr <key>

  • 将key中存储的数字值原子的减1，只能对数字值操作，如果为空，新增值为-1

• incrby/decrby <key> <步长>

  • 将key中存储的数字值增减自定义大小

• mset <key1> <value1> <key2> <value2> ......

  • 同时设置一个或多个key-value对

• mget <key1> <key2> ......

  • 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，所有的key都不存在时才能添加成功

• getrange <key> <起始位置> <结束位置>

  • 获取值的范围，类似java的substring

• setrange <key> <起始位置> <value>

  • 用value覆写key所存储的字符串值，从<起始位置>开始（索引从0开始）

• setex <key> <过期时间> <value>

  • 设置键值的同时设置过期时间，单位为秒

• getset <key> <value>

  • 以新换旧，设置新值同时获得旧值

3.3 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，内部结构实现类似于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。

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，扩容时一次只会多扩1M的空间。需要注意的是字符串最大长度为512M。

4. 列表List

4.1 简介

Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。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。

4.2 常用命令

• 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。值在键在，值光键亡。
• rpoplpush <key1> <key2>
  • 从<key1>列表右边吐出一个值，插到<key2>列表左边。
• lrange <key> <start> <stop>
  • 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 <key> <index>
  • 按照索引下标获得元素(从左到右)
• llen <key>
  • 获得列表长度
• linsert <key> before <value> <newvalue>
  • 在<value>的后面插入<newvalue>插入值
• lrem <key> <n> <value>
  • 从左边删除n个value(从左到右)
• lset <key> <index> <value>
  • 将列表key下标为index的值替换成value

4.3 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附加指针空间太大，会比较浪费空间。比如这个列表里存的只是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。

5. 集合Set

5.1 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，这个也是list所不能提供的。

Redis的Set是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)。

5.2 常用命令

• 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(key1中的，不包含key2中的)

5.3 数据结构

Set数据结构是dict字典，字典是用哈希表实现的。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。

6. 哈希Hash

6.1 简介

Redis hash 是一个键值对集合。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<String,Object>。

6.2 常用命令

• hset <key> <field> <value>
  • 给<key>集合中的 <field>键赋值<value>
• hget <key1> <field>从<key1>
  • 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> <increment>
  • 为哈希表 key 中的域 field 的值加上增量 1 -1
• hsetnx <key> <field> <value>
  • 将哈希表 key 中的域 field 的值设置为 value ，当且仅当域 field 不存在 .

6.3 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。

7. 有序集合Zset

7.1 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）被用来按照从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，但是评分可以重复。

因为元素是有序的, 所以你也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,因此能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。

7.2 常用命令

• 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。
• zrangebyscore key minmax [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 maxmin [withscores] [limit offset count]
  • 同上，改为从大到小排列。
• zincrby <key> <increment> <value>
  • 为元素的score加上增量
• 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。

7.3 数据结构

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<String, Double>，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。

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。

7.4 跳跃表（跳表）

7.4.1 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高但结构复杂；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。

7.4.2 实例

对比有序链表和跳跃表，从链表中查询出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依次查找、比较才能找到。共需要6次比较。

(2) 跳跃表

1. 从第2层开始，1节点比51节点小，向后比较。
2. 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
3. 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
4. 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。