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Redis 作为高性能的键值对存储系统，其丰富的数据类型是实现复杂业务逻辑的核心优势。本文将深入解析 Redis 六大核心数据类型及扩展类型，结合使用场景和实战案例，帮助开发者全面掌握 Redis 数据模型的设计与应用。
一、String：最基础的键值对
1. 数据结构特性
- 二进制安全（支持任意字节数据）
- 最大长度 512MB
- 支持数值操作（INCR/DECR 等原子操作）
2. 典型应用场景
（1）计数器系统
# 商品浏览量统计
INCR product:1001:views # 原子递增
GET product:1001:views # 获取当前值
（2）分布式锁
# 基于 SETNX 实现简单锁
import redis
r = redis.Redis()
lock_key = "resource:lock"
lock_value = "unique_client_id"
if r.set(lock_key, lock_value, nx=True, ex=10): # 10秒过期
# 执行业务逻辑
r.delete(lock_key)
3. 进阶操作
- 批量操作：MGET/MSET
- 子串操作：GETRANGE/SETRANGE
- 位操作：BITCOUNT/BITOP（适用于统计用户签到等场景）
二、Hash：字段化的键值对
1. 数据结构特性
- 字段-值的映射表（类似 Java 的 HashMap）
- 适用于存储对象数据
- 字段数量上限：2^32-1
2. 典型应用场景
（1）用户信息存储
# 存储用户基本信息
HSET user:1001 name "Alice" age 28 city "Beijing"
HGETALL user:1001 # 获取所有字段
HDEL user:1001 city # 删除指定字段
（2）购物车系统
# 添加商品到购物车
r.hset("cart:1001", "item:101", 2) # 商品ID:数量
r.hincrby("cart:1001", "item:101", 1) # 数量递增
3. 性能优势
- 字段操作复杂度 O(1)
- 内存紧凑（比多个 String 节省 30%~50% 空间）
三、List：有序可重复的链表结构
1. 数据结构特性
- 双向链表实现（支持两端快速操作）
- 元素最大数量：2^32-1
- 支持范围查询（LRANGE）
2. 典型应用场景
（1）消息队列
# 生产者-消费者模型（左进右出）
LPUSH message_queue "msg1" # 生产者入队
RPOP message_queue # 消费者出队
（2）最新动态列表
# 记录用户最新10条操作日志
LPUSH user:1001:logs "op1"
LPUSH user:1001:logs "op2"
LRANGE user:1001:logs 0 9 # 获取最新10条
3. 扩展功能
- 阻塞操作：BLPOP/BRPOP（实现可靠队列）
- 列表修剪：LTRIM（控制列表长度）
四、Set：无序唯一的集合
1. 数据结构特性
- 基于哈希表或整数集合（INTSET）实现
- 自动去重（元素唯一）
- 支持集合运算（并/交/差集）
2. 典型应用场景
（1）标签系统
# 商品标签管理
SADD product:1001 tags "electronics" "sale"
SISMEMBER product:1001 tags "electronics" # 检查是否存在
（2）全局去重
# 统计独立访客数
r.sadd("visited:202310", "user1001")
r.scard("visited:202310") # 获取集合大小（去重后总数）
3. 集合运算实战
# 计算两个用户的共同关注
SINTER follow:1001 follow:1002 # 交集
SUNION follow:1001 follow:1002 # 并集
SDIFF follow:1001 follow:1002 # 差集
五、Sorted Set：带权重的有序集合
1. 数据结构特性
- 基于跳表（Skip List）和哈希表实现
- 每个元素关联一个分数（Score）用于排序
- 支持范围查询（按分数或成员）
2. 典型应用场景
（1）排行榜系统
# 游戏玩家积分排名
ZADD rank:score 900 "player:1" 850 "player:2"
ZRANGE rank:score 0 -1 WITHSCORES # 按分数升序排列
ZREVRANGE rank:score 0 9 WITHSCORES # 取前10名（降序）
（2）地理位置系统
# 存储门店坐标（经纬度作为分数）
r.geoadd("shops:location", 116.40, 39.90, "shop:beijing")
r.geodist("shops:location", "shop:beijing", "shop:shanghai", "km") # 计算距离
3. 高级操作
- 分数范围查询：ZRANGEBYSCORE/ZREVRANGEBYSCORE
- 成员排名：ZRANK/ZREVRANK
六、HyperLogLog：概率性统计结构
1. 数据结构特性
- 用于基数（唯一元素数）统计
- 固定内存占用（12KB/实例）
- 误差率：约 0.81%
2. 典型应用场景
（1）百万级PV统计
# 统计每日独立IP数
PFADD pv:20231015 192.168.1.1 192.168.1.2
PFCOUNT pv:20231015 # 获取基数估计值
（2）跨天数据合并
# 合并多天统计结果
PFMERGE pv:week pv:20231015 pv:20231016 pv:20231017
七、BitMap：位级操作容器
1. 数据结构特性
- 基于字符串实现的位数组
- 支持按位操作（SET/BITCOUNT等）
- 内存高效（100万位仅需约125KB）
2. 典型应用场景
（1）用户签到系统
# 记录用户30天签到情况（1表示签到，0表示未签到）
SETBIT sign:1001 0 1 # 第1天签到
SETBIT sign:1001 5 0 # 第6天未签到
BITCOUNT sign:1001 # 统计总签到天数
（2）权限系统
# 32位权限码（每一位代表一个权限）
r.setbit("user:1001:perms", 2, 1) # 开启第3个权限（从0开始）
r.getbit("user:1001:perms", 2) # 检查权限是否开启
数据类型选择指南
| 场景需求 | 推荐类型 | 核心优势 |
|---|---|---|
| 简单键值对 | String | 支持数值操作、二进制安全 |
| 对象存储 | Hash | 字段化访问、内存紧凑 |
| 有序列表/队列 | List | 双向操作、范围查询 |
| 唯一集合/去重 | Set | 自动去重、集合运算 |
| 带权重排序 | Sorted Set | 分数排序、范围查询 |
| 基数统计（海量数据） | HyperLogLog | 内存高效、概率统计 |
| 位级操作（如签到） | BitMap | 按位操作、超省内存 |
实战优化建议
-
内存优化：
- 使用 Hash 存储对象时，字段数建议控制在 1000 以内
- 小整数集合（元素为整数且数量较少）优先使用 INTSET 编码的 Set
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性能调优：
- 批量操作优先使用 MGET/HGETALL/ZRANGE 等批量命令
- 避免在生产环境使用 KEYS 命令，改用 SCAN 游标遍历
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数据持久化：
- 结合 RDB（快速恢复）和 AOF（数据安全）两种持久化模式
- 大 Key 建议单独存储，避免影响持久化性能
总结
Redis 数据类型的灵活组合能够应对几乎所有高频数据处理场景。开发者需根据业务需求（如是否需要排序、去重、高效存储等）选择合适的数据结构，同时结合内存管理和性能优化策略，充分发挥 Redis 的高性能优势。通过深入理解这些数据类型的底层实现和应用场景，能够设计出更高效、可扩展的分布式数据解决方案。
