Redis 介绍相关知识，常用五大数据结构

1.Redis 介绍相关知识

Redis 是单线程+多路 IO 复用技术
多路复用是指使用一个线程来检查多个文件描述符（Socket）的就绪状态，比如调用select 和 poll 函数，传入多个文件描述符，如果有一个文件描述符就绪，则返回，否则阻塞直到超时。得到就绪状态后进行真正的操作可以在同一个线程里执行，也可以启动线程执行（比如使用线程池）串行 vs 多线程+锁（memcached） vs 单线程+多路 IO 复用(Redis)（与 Memcache 三点不同: 支持多数据类型，支持持久化，单线程+多路 IO 复用）

2.常用五大数据类型

Redis 键(key)

常用命令

keys * 查看当前库所有 key
exists key 判断某个 key 是否存在
type key 查看你的 key 是什么类型
del key 删除指定的 key 数据
unlink key 根据 value 选择非阻塞删除仅将 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
ttl key 查看还有多少秒过期， -1 表示永不过期， -2 表示已过期
select 命令切换数据库
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

Redis 字符串(String)

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，扩容时一次只会多扩 1M 的空间。需要注意的是字符串最大长度为 512M。

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 图片或者序列化的对象。
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 <key> <value> 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

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> 追加到原值的末尾
strlen <key> 获得值的长度
setnx <key> <value> 只有在 key 不存在时设置 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><步长> 将 key 中储存的数字值增减。自定义步长。
mset <k1><v1><k2><v2> ... 同时设置一个或多个 key-value 对
mget <k1><k2><k3> ... 同时获取一个或多个 value
msetnx <k1><v1><k2><v2> ... 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。
getrange <key><起始位置><结束位置> 获得值的范围，类似 java 中的 substring，前包，后包
setrange <key><起始位置><value> 用 <value> 覆写<key>所储存的字符串值，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，单位秒。
getset <key> <value> 以新换旧，设置了新值同时获得旧值。

Redis 列表(List)

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。

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 <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)
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

Redis 集合(Set)

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。

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)。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 <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)

Redis 哈希(Hash)

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。

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<String,Object>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：

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 .

Redis 有序集合 Zset(sorted set)

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

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。

跳跃表

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。

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

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

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。