Redis五种数据结构的操作详解

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Redis的五种数据结构如下：

1. String：字符串
2. Hash：字典
3. List：列表
4. Set：集合
5. Sorted Set：有序集合

下面分别从 原理、redis命令、JedisAPI三个方面简述这五种数据结构

一、字符串

Redis使用C语言编写，但是Redis的字符串并没有直接使用C语言传统的字符串，而是自己构建了一种名为简单动态字符串的抽象类型SDS，其本质是个 byte 数组,可以包含任何数据，是二进制安全的。

SDS与C字符串的区别如下：

1. 常数复杂度获取字符串长度，因为SDS在len属性中记录了字符串本身的长度。

1. 杜绝缓冲区溢出，SDS在执行拼接操作的时候，会预先分配好空间。
2. 减少修改字符串时带来的内存重分配次数
3. SDS是二进制安全的，因为其内部就是存储一系列二进制数据
4. 兼容部分C字符串函数

Redis字符串的操作命令和对应的api如下：

1. set [key] [value]
   JedisAPI：public String set(final String key, final String value)
   功能：设置值
2. setnx [key] [value]
   JedisAPI：public Long setnx(final String key, final String value)
   功能：如果key存在，返回0并不生效修改
3. setex [key] [time] [value]
   JedisAPI：public String setex(final String key, final int seconds, final String value)
   功能：指定有效期为time秒
4. setrange [key] n [string]
   JedisAPI：public Long setrange(final String key, final long offset, final String value)
   功能：将key对应value第n位后面的字符替换成string
5. mset [key1] [value1] [key2] [value2] ……
   JedisAPI：public Long setnx(final String key, final String value)
   功能：无
6. msetnx
   JedisAPI：无
   功能：类似setnx，设置多个值，，如果key存在，则返回0且修改不生效
7. get [key]
   JedisAPI：public String get(final String key)
   功能：获取key对应的值
8. getset [key] [value]
   JedisAPI：public String getSet(final String key, final String value)
   功能：设置key的值，并返回key的旧值
9. getrange [key] n1 n2
   JedisAPI：public String getrange(final String key, final long startOffset, final long endOffset)
   功能：获取key对应值的索引位置从n1到n2的字符串
10. mget [key1] [key2] [key3]……
    JedisAPI：无
    功能：一次获取多个key对应的值，如果不存在，则返回nil
11. incr [key]
    JedisAPI：public Long incr(final String key)
    功能：对key的值作加1操作,如果incr一个不存在的值，则对q赋值为1，如果key对应值不是int型则返回错误： -ERR value is not an integer or out of range
12. incrby [key] [num]
    JedisAPI：public Long incrBy(final String key, final long integer)
    功能：加指定值 ,key 不存在时候会设置 key,并认为原来的 value 是 0
13. decr [key]
    JedisAPI：public Long decr(final String key)
    功能：对key的值做的是减1操作,decr 一个不存在 key,则设置 key 为-1
14. decrby [key] [num]
    JedisAPI：public Long decrBy(final String key, final long integer)
    功能： 对key对应的value减去num
15. append [key] [string]
    JedisAPI：public Long append(final String key, final String value)
    功能：将string追加到key对应的值尾，返回新字符串的长度
16. strlen [key]
    JedisAPI：public Long strlen(final String key)
    功能：读取key对应value的长度

二、字典

Redis使用哈希表作为字典的底层实现，每个字典都有两个哈希表，一个平时使用，另一个仅在进行rehash时使用

哈希表使用链表来解决键冲突问题，被分配到同一个索引上的多个键值对会连接成一个单向链表

Redis字典的操作命令和对应的api如下：

1. hset [object] [field] [value]
   JedisAPI：public Long hset(final String key, final String field, final String value)
   功能：给object添加属性
2. hsetnx
   JedisAPI：public Long hsetnx(final String key, final String field, final String value)
   功能：类似hset,如果field已存在，则返回0且修改不生效
3. hmset [object] [field1] [value1] [field2] [value2]……
   JedisAPI：public String hmset(final String key, final Map<String, String> hash)
   功能：同时设置多个值
4. hget [object] [field]
   JedisAPI：public String hget(final String key, final String field)
   功能：获取对象对应属性的值
5. hmget [object] [field1] [field2]
   JedisAPI：public List<String> hmget(final String key, final String... fields)
   功能：获取多个值
6. hincrby [object] [field]
   JedisAPI：public Long hincrBy(final String key, final String field, final long value)
   功能：num 给field对应值 + num
7. hexists [object] [field]
   JedisAPI：public Boolean hexists(final String key, final String field)
   功能：判断特定对象指定fiels是否存在
8. hlen [object]
   JedisAPI： public Long hlen(final String key)
   功能：返回对象属性数量
9. hdel [object] [field]
   JedisAPI：public Long hdel(final String key, final String... field)
   功能：删除object对应field
10. hkeys [object]
    JedisAPI：public Set<String> hkeys(final String key)
    功能：返回对象所有field
11. hvals [object]
    JedisAPI：public List<String> hvals(final String key)
    功能：返回对象所有field对应的value
12. hgetall [object]
    JedisAPI：public Map<String, String> hgetAll(final String key)
    功能：返回对象所有field和value

三、列表

Redis构建了自己的链表的实现，其特性如下：

1. 双端：链表节点提供有prev和next对象,获取某个节点的前置节点和下一个节点的速度为O(1).

1. 无环：表头节点prev对象和表尾节点next对象都指向NULL,链表的访问都是以NULL访问为终点.
2. 带有表头和表尾对象：通过list结构的head和tail，获取表头和表尾对象的速度为O(1).
3. 带有长度计数器：获取链表长度的直接读取len字段值.速度为O(1).
4. 多态：通过dup、free、match三个方法,实现链表的多态,保存不同类型的值

Redis列表的操作命令和对应的api如下：

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1. lpush/rpush [list] [value]
   JedisAPI：public Long lpush/rpush(final String key, final String... string)
   功能：从头/尾部向list添加值，返回list长度
2. lrange [list] start end
   JedisAPI：public List<String> lrange(final String key, final long start, final long end)
   功能：返回list对应索引区间的值
3. linsert [list] [before/after] 'value1' 'value2'
   JedisAPI：public Long linsert(final String key, final LIST_POSITION where, final String pivot, final String value)
   功能：在list的value1的前面/后面插入value2
4. lset [list] index ‘value’
   JedisAPI：public String lset(final String key, final long index, final String value)
   功能：在特定索引插入value，注意：如果index为负值，则从list尾部开始算起
5. lrem [list] num 'value'
   JedisAPI：public Long lrem(final String key, final long count, final String value)
   功能：从list中删除num个和value相同的值，若num>0，则从链头算起，若<0则从链尾算起，若=0则删除全部
6. ltrim [list] start end
   JedisAPI：public String ltrim(final String key, final long start, final long end)
   功能：仅保留list中索引从start到end的值
7. lpop [list]
   JedisAPI：public String lpop(final String key)
   功能：从头部删除元素，同时返回该元素
8. rpop [list]
   JedisAPI：public String rpop(final String key)
   功能：从尾部删除元素并返回
9. rpoplpush [list1] [list2]
   JedisAPI：无
   功能：从list1的尾部移除元素并添加到list2的头部,最后返回被移除的元素值,整个操作是原子的.如果list1是空或者不存在返回 nil
10. lindex [list]
    JedisAPI：public String lindex(final String key, final long index)
    功能：index 返回list中index索引位置的元素
11. llen [list]
    JedisAPI：public Long llen(final String key)
    功能：返回list的长度

四、集合

Redis 集合是 string 类型的无序集合。set 元素最大可以包含(2 的 32 次方)个元素。set 是通过 hash table 实现的，hash table 会随着添加或者删除自动的调整大小。调整 hash table 大小时候需要同步(获取写锁)会阻塞其他读写操作。

Redis集合的操作命令和对应的api如下：

1. smembers [set]
   JedisAPI：public Set<String> smembers(final String key)
   功能：查看set中的元素
2. sadd [set] [value]
   JedisAPI：public Long sadd(final String key, final String... member)
   功能：向set中插入value，成功插入返回1，插入set中已有的value则失败且返回0
3. srem [set] [value]
   JedisAPI：删除set中对应的value,删除成功返回1，若不存在则返回0
   功能：public Long srem(final String key, final String... member)
4. spop [set]
   JedisAPI：public String spop(final String key)
   功能：随机删除并返回set中的元素
5. sdiff [set1] [set2]
   JedisAPI：无
   功能：删除set1中在set2里也存在的元素，返回删除操作后的set1
6. sdiffstore [set1] [set2] [set3]
   JedisAPI：无
   功能：将sdiff [set2] [set3] 的结果保存在set1中
7. sinter [set1] [set2]
   JedisAPI：无
   功能：返回set1 set2共有元素
8. sinterstore [set1] [set2] [set3]
   JedisAPI：无
   功能：将sinter [set2] [set3] 结果保存在set1中
9. sunion [set1] [set2]
   JedisAPI：无
   功能：返回[set1] [set2]的并集
10. sunionstore [set1] [set2] [set3]
    JedisAPI：无
    功能：将[set2] [set3]的并集保存在[set1]中
11. smove [set1] [set2] [value]
    JedisAPI：无
    功能：将[set1] 的value移动到set2中，若value存在于set1，无论set2是否已存在，都(成功)返回1,不存在于set1则（失败）返回0
12. scard [set]
    JedisAPI：public Long scard(final String key)
    功能：返回set中的元素个数
13. sismember [set] [value]
    JedisAPI：public Boolean sismember(final String key, final String member)
    功能：判断value是否为set中的元素，是则返回1，否则返回0
14. srandmember [set]
    JedisAPI：public String srandmember(final String key)
    功能： 随机返回set中的一个元素

五、有序集合

有序集合(sorted set) 在set的基础上增加了一个标识属性，它可以在set添加或修改元素时指定，每次指定，set会自动按标识调整顺序，set的每一个元素都会关联一个double类型的score。使用时往往我们把要排序的字段作为score存储，对象id则作为元素存储

Redis有序集合的操作命令和对应的api如下：

1. zadd [zset] sco 'value'
   JedisAPI：public Long zadd(final String key, final double score, final String member)
   功能：向zset中添加score为sco的value,如果value已存在，则仅修改score,同时返回0，否则返回1
2. zrange/zrangebyscore [zset] start end (wisthscores)
   JedisAPI：public Set<String> zrange(final String key, final long start, final long end)
   功能：返回zset中从索引start到end的元素，withscores可选是否同时显示元素对应的score
3. zrem [zset] 'value'
   JedisAPI：public Long zrem(final String key, final String... member)
   功能： 删除zset中值为value的元素
4. zincrby [zset] n 'value'
   JedisAPI：public Double zincrby(final String key, final double score, final String member)
   功能：如果zset中存在value,则令其score加n，否则添加value,令其score为n
5. zrank [zset] 'value'
   JedisAPI：public Long zrank(final String key, final String member)
   功能：返回zset中值为value的元素排名（按score从小到大）
6. zrevrank [zset] 'value'
   JedisAPI：public Long zrevrank(final String key, final String member)
   功能：按score从大到小返回元素排名
7. zrevrange [zset] start end
   JedisAPI：public Set<String> zrevrange(final String key, final long start, final long end)
   功能：返回zset[end…start]
8. zcount [zset] start end
   JedisAPI：public Long zcount(final String key, final double min, final double max)
   功能：返回zset在指定区间的数量
9. zcard [zset]
   JedisAPI：public Long zcard(final String key)
   功能：返回zset中元素的个数
10. zscore [zset] 'value'
    JedisAPI：public Double zscore(final String key, final String member)
    功能：返回值为value的元素的score
11. zremrangebyrank [zset] start end
    JedisAPI：public Long zremrangeByRank(final String key, final long start, final long end)
    功能：删除zset按score从小到大排序索引从start到end的元素。
12. zremrangebyscore [zset] score1 score2
    JedisAPI：public Long zremrangeByScore(final String key, final double start, final double end)
    功能：删除zset中score在score1到score2之间的元素