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五种数据结构图示

Redis键(key)

String

基本概念及应用场景

数据结构

Hash

基本概念及应用场景

数据结构

List

基本概念及应用场景

数据结构

Set

基本概念及应用场景

数据结构

Zset

基本概念及应用场景

数据结构

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五种数据结构图示

Redis键(key)

keys *查看当前库所有key    (匹配：keys *1)

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 会产生阻塞

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   10秒钟：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

String

基本概念及应用场景

        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

• 常用的操作命令

  • append  <key> <value>将给定的<value> 追加到原值的末尾

  • strlen  <key>获得值的长度

  • msetnx <key1><value1><key2><value2> 

    • 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。原子性，有一个失败则都失败

  • 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(返回值)。
• 单值缓存
  • SET key value(设置相同的key会将之间的覆盖)
  • GET key
  • MSET,MGET
• 对象缓存(最好用hash存储对象)
• 分布式锁(简单模式)
  • SETNX key value  
  • SET key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX | XX]
    • EX:key在多少秒后过期
    • PX:key在多少毫秒后过期
    • NX:当key不存在的时候,才能创建key,效果等同于SETNX
    • XX:当key存在的时候,覆盖key 

• 计数器
  • INCR article:readCount:{文档id}                           增加1
    • 只能对数字值操作，如果为空，新增值为1
  • INCRBY article:readCount:{文档id} increment      增加指定步长
  • DECR article:readCount:{文档id}                          减少1
    • 只能对数字值操作，如果为空，新增值为-1
  • DECRBY article:readCount:{文档id}  increment    减少指定步长

• Web集群session共享
  • spring session + redis实现session共享
• 分布式系统全局序列号
  • INCRBY orderId 1000   批量生成序列号提升性能

  

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。

Hash

基本概念及应用场景

        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：

每次修改用户的某个属性需要，先反序列化(称对象)改好后再序列化(json )回去。开销较大。	每次可以精确的修改用户的某个属性,但是用户ID数据存在冗余,显然特不合适.有没有一种方式可以做的更好

• 使用hash存储对象

通过 key(用户ID) + field(属性标签) 就可以操作对应属性数据了，既不需要重复存储数据，也不会带来序列化和并发修改控制的问题 Value是一个hash表

• 常用命令

  • hset <key><field><value>给<key>集合中的  <field>键赋值<value>

    • HSET key field value:设置 key 指定的哈希集中指定字段的值。

    • 如果 key 指定的哈希集不存在，会创建一个新的哈希集并与 key 关联。

    • 如果字段在哈希集中存在，它将被重写

  • hget <key1><field>从<key1>集合<field>取出 value

  • HGETALL key:返回 key 指定的哈希集中所有的字段和值

  • hmset <key1><field1><value1><field2><value2>... 批量设置hash的值

    • 设置 key 指定的哈希集中指定字段的值。该命令将重写所有在哈希集中存在的字段。如果 key 指定的哈希集不存在，会创建一个新的哈希集并与 key 关联

  • hexists<key1><field>查看哈希表 key 中，给定域 field 是否存在。
    • 1 hash里面包含该field。
    • 0 hash里面不包含该field或者key不存在。
  • hkeys <key>列出该hash集合的所有field
    • 返回 key 指定的哈希集中所有字段的名字。哈希集中的字段列表，当 key 指定的哈希集不存在时返回空列表。
  • 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
    • 增加 key 指定的哈希集中指定字段的数值。如果 key 不存在，会创建一个新的哈希集并与 key 关联,字段的值在该操作执行前被设置为 0 field必须为整形才能进行相加操作
  • 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 .
    • 只在 key 指定的哈希集中不存在指定的字段时，设置字段的值。如果 key 指定的哈希集不存在，会创建一个新的哈希集并与 key 关联。如果字段已存在，该操作无效果
• 购物车
  • HSET cart:1001(1001可以是用户的id)  10088(商品id)  1(当用户点击加入购物车数量加1)

• 优点
  • 同类数据归类整合存储,方便数据管理
  • 相比String操作消耗内存与CPU更小
  • 相比String储存更节省空间
• 缺点
  • 过期功能不能使用在field上,只能用在key上
  • Redis集群架构下不适合大规模使用 

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。

List

基本概念及应用场景

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。

    • 如果从左边插入一个值之前的值会右移,左边始终是最新插入的值

  •  lpop/rpop  <key>从左边/右边吐出一个值(返回值为弹出的值)。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)
    • lrange mylist 0 -1   0左边第一个，-1右边第一个，（0-1表示获取所有）
  • 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)
    • 从存于 key 的列表里移除前 count 次出现的值为 value 的元素。 这个 count 参数通过下面几种方式影响这个操作：
      • count > 0: 从头往尾移除值为 value 的元素。
      • count < 0: 从尾往头移除值为 value 的元素。
      • count = 0: 移除所有值为 value 的元素。
      • 比如， LREM list -2 “hello” 会从存于 list 的列表里移除最后两个出现的 “hello”。
    • 需要注意的是，如果list里没有存在key就会被当作空list处理，所以当 key 不存在的时候，这个命令会返回 0
    • 返回值:被移除的元素个数。
  • lset<key><index><value>将列表key下标为index的值替换成value(下标从0开始)
• 常用的数据结构
  • Stack(栈) = LPUSH + LPOP = FILO
  • QUEUE(队列) = LPUSH + RPOP
  • Blocking MQ(阻塞队列) = LPUSH + BRPOP 

• 微博和微信公众号的消息流

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。 

Set

基本概念及应用场景

        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(会从列表中删除)。
  • 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><key3>….返回两个集合的差集元素(key1中的，不包含key2中的)    key1集合和其他集合的差集(key1-其他key的并集)
  • sinterstore destination key [key].... 将交集结果存入新集合destination中
  • sunionstore destination key [key].... 将并集结果存入新集合destination中
  • sdiffstore destination key [key].... 将差集结果存入新集合destination中

• 微信抽奖小程序

  • 点击参与抽奖加入集合(SADD key {userID})

  • 查看参与抽奖所有用户(SMEMBERS key)

  • 抽取count名中奖者(SRANDMEMBER key [count]   /   SPOP key [count])

•  微信微博点赞,收藏,标签
  • 点赞   SADD  like:{消息id}   {用户id}
  • 取消点赞  SREM like:{消息id}   {用户id}
  • 检查用户是否点赞过  SISMEMBER  like:{消息id}   {用户id}
  • 获取点赞的用户列表  SMEMBERS like:{消息id}
  • 获取点赞用户数  SCARD like:{消息id}
•  集合操作实现微博微信关注模型

• 集合操作实现电商商品筛选 

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。

Zset

基本概念及应用场景

        Redis有序集合zset与普通集合set非常相似，是一个没有重复元素的字符串集合。

        不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分（score）,这个评分（score）被用来按照从最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的，但是评分可以是重复了 。

        因为元素是有序的, 所以你也可以很快的根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素。访问有序集合的中间元素也是非常快的,因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。

• 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。默认排序按照score从小到大进行排序

  • zrange <key><start><stop>  [WITHSCORES]   

    • 返回有序集 key 中，下标在<start><stop>之间的元素 同list;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。
    • min和max可以是-inf和+inf，这样一来，你就可以在不知道有序集的最低和最高score值的情况下，使用ZRANGEBYSCORE这类命令。(查询出来所有)
    • 默认情况下，区间的取值使用闭区间(小于等于或大于等于)，你也可以通过给参数前增加(符号来使用可选的开区间(小于或大于)。
    • 举个例子：
      • ZRANGEBYSCORE zset (1 5      返回所有符合条件1 < score <= 5的成员；
      • ZRANGEBYSCORE zset (5 (10   返回所有符合条件5 < score < 10 的成员。
      • 可选参数WITHSCORES会返回元素和其分数，而不只是元素。这个选项在redis2.0之后的版本都可用。
  • zrevrangebyscore key maxmin [withscores] [limit offset count]               
    • 同上，改为从大到小排列。
  • zincrby <key><increment><member>      为元素的score加上增量
    • 为有序集key的成员member的score值加上增量increment。如果key中不存在member，就在key中添加一个member，score是increment（就好像它之前的score是0.0）。如果key不存在，就创建一个只含有指定member成员的有序集合。
    • 当key不是有序集类型时，返回一个错误。
    • score值必须是字符串表示的整数值或双精度浮点数，并且能接受double精度的浮点数。也有可能给一个负数来减少score的值。
  • zrem  <key><value>[value…]删除该集合下，指定值的元素
    • 返回的是从有序集合中删除的成员个数，不包括不存在的成员。
  • zcount <key><min><max>统计该集合，分数区间内的元素个数
  • zscore key member :返回member的socre
  • zcard key :返回有序集合key中的个数
  • zrank <key><value>返回该值在集合中的排名，从0开始。
    • 有序集key中成员member的排名。其中有序集成员按score值递增(从小到大)顺序排列。排名以0为底，也就是说，score值最小的成员排名为0。
    • 使用ZREVRANK命令可以获得成员按score值递减(从大到小)排列的排名。
  • Zunionstore destkey numkeys  key [key...]  //并集计算
  • Zintersore  destkey numkeys key [key...]    //交集计算

• Zset集合操作实现排行榜

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(评分)>，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(hash中的field)和权重score(hash中的value)，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。

  • 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。

  • 跳表具有如下性质：

    • (1) 由很多层结构组成

    • (2) 每一层都是一个有序的链表

    • (3) 最底层(Level 1)的链表包含所有元素

    • (4) 如果一个元素出现在 Level i 的链表中，则它在 Level i 之下的链表也都会出现。

    • (5) 每个节点包含两个指针，一个指向同一链表中的下一个元素，一个指向下面一层的元素。

  • 2.实例:对比有序链表和跳跃表，从链表中查询出51
    • 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

• 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