学以致用Redis五种数据类型总结及应用场景

Redis常用数据结构有string，hash，list，set，zset，本文将就五种数据结构常用操作进行说明，并就典型应用场景进行举例。

1、Redis数据类型-String

String类型的数据存储是最简单的key-value存储，存储元素类型包含字符串（String）、数值（Number）、二进制（bit）三种类型。

1.1、字符串（String）
针对字符串常见操作：

SET key value; 存入字符串键
SETNX key value; 存入一个不存在的字符串，若存在key则存储不成功
GET key;获取一个字符串键
MSET key value [key value...];批量存储字符串键
MGET key [key...];批量获取字符串键

应用场景1：分布式全局锁

分布式系统对共享资源进行访问，需要互斥来防止彼此干扰来保证一致性时，要对共享资源添加分布式锁。方法之一是借助Redis setnx命令，首先执行setNX(lockObj, 1)，lockObj不存在时set成功，紧接着设置过期时间expire(lockObj, 10)，事务处理完毕del(lockObj)进行解锁。另外在Redis的分布式环境中，Redis提供了RedLock 的算法来实现一个分布式锁。

//获取锁
boolean getLock(lockObj) {
    redisUtils = getRedisConnection();
    boolean flag = redisUtils.setNX(lockObj, 1);
    if(flag) {
        expire(lockObj, 10);
    }
    return flag;
}
//释放锁
releaseLock(lockObj) {
    del(lockObj);
}

1.2、数值（Number）

针对数字常见操作：

INCRBY key increment;对数字key进行{increment}的增加
DECRBY key decrement;对数字key进行{decrement}的减少
INCR key;对数字key自增1
DECR key;对数字key自减1

应用场景1：Redis实现计数器，防止刷单

计数器是Redis的原子性自增操作可实现的最直观的模式，每当某个操作发生时向Redis发送一个INCR命令。比如在一个web应用程序中，如果想知道用户在一年中每天的点击量，那么只要将用户ID以及相关的日期信息作为键，并在每次用户点击页面时，执行一次自增操作即可（INCR wangpf::20200408）。防止刷单需要在接口请求上做一下并发限制的处理，或者做一个防止刷单的安全拦截，比如显示接口请求每秒最多200次。

String redisKey = "wx_health_temp";
// 记录接口请求次数
int count = incr(redisKey);
if (count == 1) {
    //设置1s后失效
    expire($redisKey,1);
}
//1s请求大于200次则进行拦截等待
if (count > 200) {
    return false;
}

应用场景2：分布式全局ID生成

依赖于Redis的单进程单线程模型，可以生成全局唯一的ID，用Redis的原子操作INCR和INCRBY来实现。

1.3、二进制（bit）

针对bits常见操作

GETBIT key offset;获取指定偏移量上位（bit）值
SETBIT key offset value;设置或替换指定偏移量上的位（bit）值
BITCOUNT key [start] [end];统计从start到end被设置为1的bit位的数量

应用场景1：在线用户统计

自增主键ID作为bite[]数组的下标，从而可以将用户信息和字节数据bite[]位一一对应，用户在线则将对应位置1（SETBIT userOnline 100 1）,否则置0，通过BITCOUNT userOnline统计当前在线人数。

2、Redis数据类型-Hash

Redis中Hash表存储数据比较类似数据库中表的一条记录。例如存储user表中一条数据：

HMSET user 101::teacherNo 10086 101::name wangpf 101::age 18 101::email [email protected]

针对HASH操作：

HSET key field value;存储一个散列值
HSETNX key field value;存储一个不存在的散列值
HMSET key field value [field value...];在一个key中存储多个field
HGET key field;获取key field的散列键值
HMGET key field [field...];批量获取key中多个field的值
HDEL key field [field...];删除散列键key中field的值

针对数字操作：

HINCRBY key field increment;对key散列中field进行数字操作{increment}

Hash键意义及不使用场景

Hash键意义：Hash键可以将信息凝聚在一起，便于管理；避免键名冲突、误操作；减少内存/IO/CPU消耗。

不适合使用Hash键的情况：过期键功能的使用，过期功能只能使用在key上；二进制操作命令，如SETBIT、GETBIT；需要考虑数据量分布的问题。

对于数据量分布问题，这里普及下Redis Cluster预分配Hash槽（Hash slot）相关知识：

Redis Cluster中有一个16384长度的slot槽，编号分别为0、1、2、3……16382、16383。正常工作的时候，Redis Cluster中的每个Master节点都会负责一部分的slot槽，当有某个key被映射到某个Master负责的slot槽，那么这个Master负责为这个key提供服务，至于哪个Master节点负责哪个槽，这是可以由用户指定的，也可以在初始化的时候自动生成（redis-trib.rb脚本）。在Redis Cluster中，只有Master才拥有slot槽的所有权，如果是某个Master的slave，这个slave只负责slot槽的使用，但是没有所有权。

存储在Redis Cluster中的所有的键都会被映射到这些slot槽中。数据库中的每个键都属于这16384个哈希槽的其中一个，集群使用公式CRC16(key) % 16384来计算键key属于哪个slot槽。

应用场景1：服务端购物车

将购物车信息存放在Redis中，用户唯一userID作为key，将不同商品Hash形式存储，HSET shoppingCar:{userID} {goodsID} {count}

3、Redis数据类型-List

List数据结构是双向链表结构，可以在链表左右两边分别操作。也可以把List看成一种队列，所以在有些场景可以用redis用作消息队列，常见应用案例有时间轴数据、评论列表、消息传递等。

List常见操作：

LPUSH key value [value...];往key的列表键中左边放入一个元素，key不存在则新建
RPUSH key value [value...];往key的列表键中右边放入一个元素，key不存在则新建
LPOP key;从key的列表键最左端弹出一个元素，并且从List中删除
RPOP key;从key的列表键最右端弹出一个元素，并且从List中删除
LRANGE key start stop;获取列表键从start下标到stop下标的元素
例如LRANGE key 0 -1;获取key列表中所有元素
BLPOP key [key...] timeout;阻塞的从key的列表键最左端弹出一个元素，若列表键中不存在元素，阻塞等待{timeout}秒，若{timeout}=0一直阻塞
BRPOP key [key...] timeout;阻塞的从key的列表键最右端弹出一个元素，若列表键中不存在元素，阻塞等待{timeout}秒，若{timeout}=0一直阻塞

应用场景1：阻塞消息队列

借助BLPOP和BRPOP阻塞特性，实现阻塞消息队列。

应用场景2：Pub/Sub模型

Redis通过publish和subscribe命令实现订阅和发布的功能。订阅者可以通过subscribe向redis server订阅自己感兴趣的消息类型。redis将信息类型称为通道(channel)。当发布者通过publish命令向redis server发送特定类型的信息时，订阅该消息类型的全部订阅者都会收到此消息。

Pubish username wangpf // 发布消息
SUBSCRIBE username // 订阅
UNSUBSCRIBE username // 取消订阅

4、Redis数据类型-Set

利用Redis提供的Set数据结构，可以存储一些唯一无序数据。比如在微博应用中，可以将一个用户所有的关注人存在一个集合中，将其所有粉丝存在一个集合。

4.1、Set常见操作

SADD key member [member...];往集合键key中存放元素，若key不存在则新建
SREM key member [member...];从集合键key中删除元素
SMEMBERS key;获取集合键key中所有元素
SCARD key;获取集合键key的元素个数
SISMEMBER key member;判断{member}元素是否存在于集合键key中
SRANDMEMBER key [count];从集合键key中选出{count}元素，不从集合键中删除
SPOP key [count];从集合键key中选出{count}元素，并且从集合键key中删除

应用场景1：点赞/签到/打卡

用户user0001点赞1000帖子 SADD like::1000 user0001
用户取消点赞 SREM like::1000 user0001
检查user0001用户是否点赞过 SISMEMBER like::1000 user0001
获取1000帖子点赞的用户SMEMBERS like::1000
获取1000帖子点赞用户数 SCARD like::1000

4.2、Set集合的运算操作

交集运算：
SINTER key [key...]
SINTERSTORE destination key [key...]
并集运算：
SUNION key [key...]
SUNIONSTORE destination key [key...]
差集运算：
SDIFF key [key...]
SDIFFSTORE destination key [key...]

应用场景1：商品筛选

每个商品入库的时候即会建立它的今天标签列表，如品牌、屏幕尺寸、处理器、内存大小。

SADD brand::huawei  P30
SADD screenSize::5.6 P30
SADD os::android P30
SADD screenType::FHD P30

SINTER brand::huawei screenSize::5.6 os::android screentype::FHD ---> P30

5、Redis数据类型-Zset（Sorted Sets）

zset是set的一个升级版本，在set的基础上增加了一个顺序属性（权重），这一属性在添加修改元素的时候可以指定，每次指定后zset会自动重新按新的值调整顺序。

Zset常见操作：

ZADD key score element [...];往有序集合键key中存放元素，若key不存在则新建
ZREM key element [element...];从有序集合key中删除元素
ZSCORE key element;获取有序集合key中{element}元素的score值
ZINCRBY key increment element;给有序集合key中{element}元素进行score值操作，若key不存在则新建，然后进行score值操作
ZCARD key;获取有序集合key中元素个数
ZRANGE key start stop [WITHSCORES];正序获取有序集合key从start下标到stop下标的元素
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES];倒序获取有序集合key从start下标到stop下标的元素

集合运算操作：

ZUNIONSTORE destkey numkeys key [key...];并集计算
ZINTERSTORE deskey numkeys key [key..];交集计算

应用场景1：排行榜

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