99. 中高级开发面试必问的Redis，看这篇就够了（一）
一、概述
Redis 是速度非常快的非关系型（NoSQL）内存键值数据库，可以存储键和五种不同类型的值之间的映射。
键的类型只能为字符串，值支持五种数据类型：字符串、列表、集合、散列表、有序集合。
Redis 支持很多特性，例如将内存中的数据持久化到硬盘中，使用复制来扩展读性能，使用分片来扩展写性能。概述
二、数据类型
STRING
> set hello world OK > get hello "world" > del hello (integer) 1 > get hello (nil)
LIST
> rpush list-key item (integer) 1 > rpush list-key item2 (integer) 2 > rpush list-key item (integer) 3 > lrange list-key 0 -1 1) "item" 2) "item2" 3) "item" > lindex list-key 1 "item2" > lpop list-key "item" > lrange list-key 0 -1 1) "item2" 2) "item"
SET
> sadd set-key item (integer) 1 > sadd set-key item2 (integer) 1 > sadd set-key item3 (integer) 1 > sadd set-key item (integer) 0 > smembers set-key 1) "item" 2) "item2" 3) "item3" > sismember set-key item4 (integer) 0 > sismember set-key item (integer) 1 > srem set-key item2 (integer) 1 > srem set-key item2 (integer) 0 > smembers set-key 1) "item" 2) "item3"
HASH
> hset hash-key sub-key1 value1 (integer) 1 > hset hash-key sub-key2 value2 (integer) 1 > hset hash-key sub-key1 value1 (integer) 0 > hgetall hash-key 1) "sub-key1" 2) "value1" 3) "sub-key2" 4) "value2" > hdel hash-key sub-key2 (integer) 1 > hdel hash-key sub-key2 (integer) 0 > hget hash-key sub-key1 "value1" > hgetall hash-key 1) "sub-key1" 2) "value1"
ZSET
> zadd zset-key 728 member1 (integer) 1 > zadd zset-key 982 member0 (integer) 1 > zadd zset-key 982 member0 (integer) 0 > zrange zset-key 0 -1 withscores 1) "member1" 2) "728" 3) "member0" 4) "982" > zrangebyscore zset-key 0 800 withscores 1) "member1" 2) "728" > zrem zset-key member1 (integer) 1 > zrem zset-key member1 (integer) 0 > zrange zset-key 0 -1 withscores 1) "member0" 2) "982"
三、数据结构
字典
dictht 是一个散列表结构，使用拉链法保存哈希冲突。
/* This is our hash table structure. Every dictionary has two of this as we * implement incremental rehashing, for the old to the new table. */ typedef struct dictht { dictEntry **table; unsigned long size; unsigned long sizemask; unsigned long used; } dictht; typedef struct dictEntry { void *key; union { void *val; uint64_t u64; int64_t s64; double d; } v; struct dictEntry *next; } dictEntry;
Redis 的字典 dict 中包含两个哈希表 dictht，这是为了方便进行 rehash 操作。在扩容时，将其中一个 dictht 上的键值对 rehash 到另一个 dictht 上面，完成之后释放空间并交换两个 dictht 的角色。
typedef struct dict { dictType *type; void *privdata; dictht ht[2]; long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */ unsigned long iterators; /* number of iterators currently running */ } dict;
rehash 操作不是一次性完成，而是采用渐进方式，这是为了避免一次性执行过多的 rehash 操作给服务器带来过大的负担。
渐进式 rehash 通过记录 dict 的 rehashidx 完成，它从 0 开始，然后每执行一次 rehash 都会递增。例如在一次 rehash 中，要把 dict[0] rehash 到 dict[1]，这一次会把 dict[0] 上 table[rehashidx] 的键值对 rehash 到 dict[1] 上，dict[0] 的 table[rehashidx] 指向 null，并令 rehashidx++。
在 rehash 期间，每次对字典执行添加、删除、查找或者更新操作时，都会执行一次渐进式 rehash。
采用渐进式 rehash 会导致字典中的数据分散在两个 dictht 上，因此对字典的查找操作也需要到对应的 dictht 去执行。
/* Performs N steps of incremental rehashing. Returns 1 if there are still * keys to move from the old to the new hash table, otherwise 0 is returned. * * Note that a rehashing step consists in moving a bucket (that may have more * than one key as we use chaining) from the old to the new hash table, however * since part of the hash table may be composed of empty spaces, it is not * guaranteed that this function will rehash even a single bucket, since it * will visit at max N*10 empty buckets in total, otherwise the amount of * work it does would be unbound and the function may block for a long time. */ int dictRehash(dict *d, int n) { int empty_visits = n * 10; /* Max number of empty buckets to visit. */ if (!dictIsRehashing(d)) return 0; while (n-- && d->ht[0].used != 0) { dictEntry *de, *nextde; /* Note that rehashidx can't overflow as we are sure there are more * elements because ht[0].used != 0 */ assert(d->ht[0].size > (unsigned long) d->rehashidx); while (d->ht[0].table[d->rehashidx] == NULL) { d->rehashidx++; if (--empty_visits == 0) return 1; } de = d->ht[0].table[d->rehashidx]; /* Move all the keys in this bucket from the old to the new hash HT */ while (de) { uint64_t h; nextde = de->next; /* Get the index in the new hash table */ h = dictHashKey(d, de->key) & d->ht[1].sizemask; de->next = d->ht[1].table[h]; d->ht[1].table[h] = de; d->ht[0].used--; d->ht[1].used++; de = nextde; } d->ht[0].table[d->rehashidx] = NULL; d->rehashidx++; } /* Check if we already rehashed the whole table... */ if (d->ht[0].used == 0) { zfree(d->ht[0].table); d->ht[0] = d->ht[1]; _dictReset(&d->ht[1]); d->rehashidx = -1; return 0; } /* More to rehash... */ return 1; }
跳跃表
是有序集合的底层实现之一。
跳跃表是基于多指针有序链表实现的，可以看成多个有序链表。
在查找时，从上层指针开始查找，找到对应的区间之后再到下一层去查找。下图演示了查找 22 的过程。
与红黑树等平衡树相比，跳跃表具有以下优点：
- 插入速度非常快速，因为不需要进行旋转等操作来维护平衡性；
- 更容易实现；
- 支持无锁操作。
四、使用场景
计数器
可以对 String 进行自增自减运算，从而实现计数器功能。
Redis 这种内存型数据库的读写性能非常高，很适合存储频繁读写的计数量。
缓存
将热点数据放到内存中，设置内存的最大使用量以及淘汰策略来保证缓存的命中率。
查找表
例如 DNS 记录就很适合使用 Redis 进行存储。
查找表和缓存类似，也是利用了 Redis 快速的查找特性。但是查找表的内容不能失效，而缓存的内容可以失效，因为缓存不作为可靠的数据来源。
消息队列
List 是一个双向链表，可以通过 lpush 和 rpop 写入和读取消息
不过最好使用 Kafka、RabbitMQ 等消息中间件。
会话缓存
可以使用 Redis 来统一存储多台应用服务器的会话信息。
当应用服务器不再存储用户的会话信息，也就不再具有状态，一个用户可以请求任意一个应用服务器，从而更容易实现高可用性以及可伸缩性。
分布式锁实现
在分布式场景下，无法使用单机环境下的锁来对多个节点上的进程进行同步。
可以使用 Redis 自带的 SETNX 命令实现分布式锁，除此之外，还可以使用官方提供的 RedLock 分布式锁实现。
其它
Set 可以实现交集、并集等操作，从而实现共同好友等功能。
ZSet 可以实现有序性操作，从而实现排行榜等功能。
