Redis中的数据结构

一、Redis概述

如今，互联网项目越来越青睐 Redis。

Redis 是一种基于内存的数据库。因为是面向内存，所以其读写性能要远优秀于面向磁盘的数据库。这也是在高并发场景下，Redis 发挥其作用的主要原因。

二、5种数据类型

Redis 是一种键值（key-value）数据库。这是理解其数据结构的关键。因为任何存放在 Redis 数据库中的数据都是以这种形式存在的。

在 Redis 中，Key 是一个简单的 String。Key 的长度没有限制，但是减小 Key 的长度可以有效的节约内存，也更有利于 Key 检索的效率。

而在 Redis 中，Value 则有 5 种数据类型。除了基本类型 String 外，还有 List、Hash、Set、Zset 四种数据类型。

1、String

字符串是 Redis 中最基本的数据类型，也是 Redis 中默认的数据类型。
下面是 String 种常用的命令。

127.0.0.1> set key1 value1 //向Redis中新增一个键值对
OK
127.0.0.1> get key1 //获得该键指向的字符串的值
"value1"
127.0.0.1> strlen key1 //获得该键指向的字符串的长度
(integer) 6
127.0.0.1> getset key1 newvalue //将该键指向字符串设为新值，返回旧值
"value1"
127.0.0.1> get key1 //测试上面的命令是否成功
"newvalue"
127.0.0.1> getrange key1 3 7 //获取该键指向字符串的子串，范围为0~len
"value"
127.0.0.1> append key1 more //向该键指向字符串后添加新串，返回总长度
(integer) 12
127.0.0.1> get key1  //测试上面命令是否成功
"newvaluemore"

Redis 还提供对整数和浮点数的简单运算，命令如下。

127.0.0.1> set key1 10 //向Redis中新增键值对
OK
127.0.0.1> incr key1 //对该键所指向的值，做加1运算
(integer) 11
127.0.0.1> incrby key1 10 //对该键所指向的值，加上指定的整数
(integer) 21
127.0.0.1> decr key1 //对该键所指向的值，做减1运算
(integer) 20
127.0.0.1> decrby key1 10 //对该键所指向的值，减去指定的整数
(integer) 10

这里要注意的是如果 value 值为浮点数，以上四个命令都会失败。想要操作浮点数，可以使用下面的命令。

127.0.0.1> set key1 1.1
OK
127.0.0.1> incrbyfloat key1 1.1 //这个命令对浮点数和整数都适用
"2.2"

可以看到，Redis 中自带的运算功能是比较弱的。不过 Redis 中提供 Lua 语言的支持，这是 Redis 扩展功能中最强大的一个地方。

2、List

Redis中的 List 是一个双向链表结构，也是一个有序的线性结构。所以它的优缺点也是十分明显的，优点就是：

插入和删除很方便

而其缺点：

查找性能很弱

由于是双向链表，所以 List 结构的命令分为左操作和右操作两种，示例如下。

127.0.0.1> lpush left_key node_1 node_2 node_3 //链表逆序加入节点
(integer) 3
127.0.0.1> lrange left_key 0 2 //查看链表中下标从0到2的节点值
1) "node_3"
2) "node_2"
3) "node_1"
127.0.0.1> rpush right_key node_1 node_2 node_3 //链表顺序加入节点
(integer) 3
127.0.0.1> lrange right_key 0 2 //查看链表中下标从0到2的节点值
1) "node_1"
2) "node_2"
3) "node_3"
127.0.0.1> lindex left_key 2 //读取指定链表中下标为2的节点，以左操作
"node_1"
127.0.0.1> llen left_key //返回指定链表的长度，以左操作
(integer) 3
127.0.0.1> lpop left_key //删除链表最左边的节点并返回
"node_3"
127.0.0.1> rpop left_key //删除链表最右边的节点并返回
"node_1"
127.0.0.1> lrange left_key 0 0 //测试上面两条命令是否生效
1) "node_2"
127.0.0.1> lpushx left_key node_1 //如果存在该链表，则在最左边
(integer) 2                       //添加一个节点，否则添加失败
127.0.0.1> rpushx left_key node_3 //如果存在该链表，则在最右边
(integer) 3                       //添加一个节点，否则添加失败
127.0.0.1> lrange left_key 0 2 //测试上面两条命令是否生效
1) "node_1"
2) "node_2"
3) "node_3"
127.0.0.1> lset left_key 0 newNode_1 //修改执行下标的节点值
OK
127.0.0.1> lrange left_key 0 2 //测试上面一条命令是否生效
1) "newNode_1"
2) "node_2"
3) "node_3"
127.0.0.1> ltrim left_key 1 1 //修剪链表，保留指定下标区间的节点
OK
127.0.0.1> lrange left_key 0 0 //测试上面一条命令是否生效
1) "node_2"

需要注意的是，对链表的操作都是进程不安全的，有可能存在多个客户端同时操作链表的情况。为了保证链表操作的安全性，Redis 提供了阻塞命令，执行阻塞命令，会给链表加锁，可是这些命令在实际开发中使用的不多，这里不做过多介绍。

3、Set

set 翻译成中文就是集合。这里的集合同数学中的集合有着相同的性质：无序、不可重复。

同 list 一样，集合中每一个元素也都是 String 数据类型。

127.0.0.1:6379> sadd set1 val1 val2 val3 val4 val5 //给键为set1的
(integer) 5                                        //集合添加成员    
127.0.0.1:6379> sadd set2 val4 val5 val6 val7 val8 //同上
(integer) 5
127.0.0.1:6379> smembers set1 //返回该键指向集合的所有成员
1) "val4"                     //从取出的成员能明显看出来集合是无序的
2) "val1"
3) "val3"
4) "val2"
5) "val5"
127.0.0.1:6379> sdiff set1 set2 //求两个集合的差
1) "val1"
2) "val3"
3) "val2"
127.0.0.1:6379> sinter set1 set2 //求两个集合的交
1) "val4"
2) "val5"
127.0.0.1:6379> sunion set1 set2 //求两个集合的并
1) "val4"
2) "val8"
3) "val7"
4) "val3"
5) "val5"
6) "val1"
7) "val6"
8) "val2"
127.0.0.1:6379> sismember set1 val1 //判断val1是否为指定集合的成员
(integer) 1
127.0.0.1:6379> smove set1 set2 val1 //把val1从set1移到set2中
(integer) 1
127.0.0.1:6379> smembers set2 //测试上一条命令是否生效
1) "val4"
2) "val5"
3) "val7"
4) "val8"
5) "val1"
6) "val6"
127.0.0.1:6379> spop set1 //随机弹出一个集合成员
"val2"
127.0.0.1:6379> spop set1 //同上
"val4"
127.0.0.1:6379> spop set1 //同上
"val3"
127.0.0.1:6379> smembers set1 //测试上面三条命令是否生效
1) "val5"

4、Zset

zset 称为有序集合。有序集合和集合相似，唯一不同的是有序集合中每一个元素还带有一个分数，可以根据这个分数来对集合成员进行排序。

下面介绍有序集合的一些常用命令。

127.0.0.1> zadd set 1 A 2 B 3 C 4 D 5 E //向有序集合中添加成员
(integer) 5
127.0.0.1> zcount set 2 4 //返回指定分数区间内的成员个数
(integer) 3
127.0.0.1> zincrby set 1 E //为指定成员增加指定分数值
"6"
127.0.0.1> zrange set 0 4 //返回指定下标区间内成员，分数从小到大排序
1) "A"
2) "B"
3) "C"
4) "D"
5) "E"
127.0.0.1> zrank set B //返回指定成员的排名，排名从0开始
(integer) 1
127.0.0.1> zadd set 2.5 X //添加一个分数为浮点数的成员
(integer) 1
127.0.0.1> zrange set 0 5 //测试上面一条命令是否生效
1) "A"
2) "B"
3) "X"
4) "C"
5) "D"
6) "E"

5、Hash

Redis 中的 Hash 就如同 Java 中的 map 一样。这种数据类型对于某些场景非常有用：比如需要在 Redis 中存储大量的 User 信息，每个 User 包括多个属性字段。这种情况使用 Hash 结构来存储就相当方便，实例如下。

127.0.0.1> hmset user_1 id 001 age 23 sex male //设置多个键值对
OK
127.0.0.1> hgetall user_1 //获取所有的键值对
1) "id"
2) "001"
3) "age"
4) "23"
5) "sex"
6) "male"
127.0.0.1> hexists user_1 id //是否存在id字段/键
(integer) 1
127.0.0.1> hincrby user_1 age 3 //age字段/键上加3
(integer) 26
127.0.0.1> hkeys user_1 //获得所有的键
1) "id"
2) "age"
3) "sex"
127.0.0.1> hvals user_1 //获得所有的值
1) "001"
2) "26"
3) "male"
127.0.0.1> hlen user_1 //返回该hash中键值对的数量
(integer) 3
127.0.0.1> hset user_1 name mary //向该hash中新增一个键值对
(integer) 1
127.0.0.1> hgetall user_1 //测试上面的命令是否生效
1) "id"
2) "001"
3) "age"
4) "26"
5) "sex"
6) "male"
7) "name"
8) "mary"

可以看出，此时键为 user_1，而值为一个 hash 结构，该 hash 结构中又存放了多个键值对。也就是说 Redis 需要通过 user_1 这个键来索引到对应的 hash 结构，再通过 hash 结构的键找到对应的值。