Redis --- 八种数据类型（基本命令）

五种基本数据类型

String、Hash、List、Set和Zset。

1、String

等同于java中的，Map<String,String>string 是redis里面的最基本的数据类型，一个key对应一个value。

• string 是二进制安全的，可以把图片和视频文件保存在String中。
• string的最大内存值 512M，即一个key或者value最大值是512M，官方说可以存2.5亿个key。

应用场景：String是最常用的一种数据类型，普通的key/value存储都可以归为此类，如用户信息，登录信息和配置信息等；

实现方式：String在redis内部存储默认就是一个字符串，被redisObject所引用，当遇到incr、decr等操作（自增自减等原子操作）时会转成数值型进行计算，此时redisObject的encoding字段为int。

Redis虽然是用C语言写的，但却没有直接用C语言的字符串，而是自己实现了一套字符串。目的就是为了提升速度，提升性能。Redis构建了一个叫做简单动态字符串（Simple Dynamic String），简称SDS。

struct sdshdr{    
    //  记录已使用长度    
    int len；    
    // 记录空闲未使用的长度    
    int free；    
    // 字符数组    
    char[] buf；    
}；

Redis的字符串也会遵守C语言的字符串的实现规则，即最后一个字符为空字符。然而这个空字符不会被计算在len里头。

• 因为有了对字符串长度定义len, 所以在处理字符串时候不会以零值字节(\0)为字符串结尾标志.
• 二进制安全就是输入任何字节都能正确处理, 即使包含零值字节.

Redis动态扩展步骤：

• 计算出大小是否足够
• 开辟空间至满足所需大小
• 开辟与已使用大小len相长度同的空闲free空间（如果len < 1M），开辟1M长度的空闲free空间（如果len >= 1M）

Redis字符串的性能优势

• 快速获取字符串长度：直接返回len
• 避免缓冲区溢出：每次追加字符串时都会检查空间是否够用
• 降低空间分配次数提升内存使用效率：（1）空间预分配；（2）惰性空间回收

常用命令：set/get/decr/incr/mget等，具体如下；

ps：计数器（字符串的内容为整数的时候可以使用），如 set number 1。

补充：

127.0.0.1:6379> expire key  60 # 数据在 60s 后过期
(integer) 1
127.0.0.1:6379> setex key 60 value # 数据在 60s 后过期 (setex:[set] + [ex]pire)
OK
127.0.0.1:6379> ttl key # 查看数据还有多久过期
(integer) 56

2、Hash

等同于java中的：Map<String,Map<String,String>>，redis的hash是一个string类型的field和value的映射表，特别适合存储对象。在redis中，hash因为是一个集合，所以有两层。第一层是key：hash集合value，第二层是hashkey：string value。所以判断是否采用hash的时候可以参照有两层key的设计来做参考。并且注意的是，设置过期时间只能在第一层的key上面设置。

• 使用hash，一般是有那种需要两层key的应用场景，也可以是‘删除一个key可以删除所有内容’的场景。例如一个商品有很多规格，规格里面有不同的值。
• 或者查找所有商品的规格，查找商品id即可，具体的规格可以通过两个key查找。

应用场景：我们要存储一个用户信息对象数据，其中包括用户ID、用户姓名、年龄和生日，通过用户ID我们希望获取该用户的姓名或者年龄或者生日；

实现方式：Redis的Hash实际是内部存储的Value为一个HashMap，并提供了直接存取这个Map成员的接口。如，Key是用户ID, value是一个Map。这个Map的key是成员的属性名，value是属性值。这样对数据的修改和存取都可以直接通过其内部Map的Key(Redis里称内部Map的key为field), 也就是通过 key(用户ID) + field(属性标签) 就可以操作对应属性数据。当前HashMap的实现有两种方式：当HashMap的成员比较少时Redis为了节省内存会采用类似一维数组的方式来紧凑存储，而不会采用真正的HashMap结构，这时对应的value的redisObject的encoding为zipmap，当成员数量增大时会自动转成真正的HashMap,此时redisObject的encoding字段为int。

常用命令：hget/hset/hgetall等，具体如下：

3、list

等同于java中的Map<String,List<String>>，list 底层是一个链表，在redis中，插入list中的值，只需要找到list的key即可，而不需要像hash一样插入两层的key。list是一种有序的、可重复的集合。

• redis的list是一个双向链表（易于插入和删除元素）。
• 它会按照我们插入的顺序排序，然后我们可以从他的头部添加/获取元素，也可以从它的尾部添加/获取元素，但带来的额外的空间开销

应用场景：Redis list的应用场景非常多，也是Redis最重要的数据结构之一，比如twitter的关注列表，粉丝列表等都可以用Redis的list结构来实现；

实现方式：Redis list的实现为一个双向链表，即可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了部分额外的内存开销，Redis内部的很多实现，包括发送缓冲队列等也都是用的这个数据结构。

常用命令：lpush/rpush/lpop/rpop/lrange等，具体如下：

性能总结:

它是一个字符串链表，left、right都可以插入添加。

• 如果键不存在,创建新的链表。
• 如果键已经存在，新增内容。
• 值全部移除，key消失。
• 由于是链表，所以它对头和尾操作的效率都极高。但是假如是对中间元素的操作，效率就可怜了。

4、Set

等同于java中的Map<String,Set<String>>，Set 是一种无序的，不能重复的集合。并且在redis中，只有一个key它的底层由hashTable实现的，天生去重。

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是可以自动去重的，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；如保存一些标签的名字。标签的名字不可以重复，顺序是可以无序的。

实现方式：set 的内部实现是一个 value永远为null的HashMap，实际就是通过计算hash的方式来快速排重的，这也是set能提供判断一个成员是否在集合内的原因。

常用命令：sadd/spop/smembers/sunion等，具体如下：

5、Zset

ZSet(Sorted Set：有序集合) 每个元素都会关联一个double类型的分数score，分数允许重复，集合元素按照score排序（当score相同的时候，会按照被插入的键的字典顺序进行排序），还可以通过 score 的范围来获取元素的列表。

• set的值是 k1 v1 k2 v2
• zset的值  K1 score v1 k2 score v2

应用场景：Redis sorted set的使用场景与set类似，区别是set不是自动有序的，而sorted set可以通过用户额外提供一个优先级(score)的参数来为成员排序，并且是插入有序的，即自动排序。当你需要一个有序的并且不重复的集合列表，那么可以选择sorted set数据结构，比如twitter 的public timeline可以以发表时间作为score来存储，这样获取时就是自动按时间排好序的。

底层实现：zset是Redis提供的一个非常特别的数据结构，常用作排行榜等功能，以用户id为value，关注时间或者分数作为score进行排序。实现机制分别是zipList和skipList。规则如下：

zipList：满足以下两个条件

• [score,value]键值对数量少于128个；
• 每个元素的长度小于64字节；

skipList：不满足以上两个条件时使用跳表、组合了hash和skipList

• hash用来存储value到score的映射，这样就可以在O(1)时间内找到value对应的分数；
• skipList按照从小到大的顺序存储分数
• skipList每个元素的值都是[socre,value]对

为什么用skiplist不用平衡树？

主要从内存占用、对范围查找的支持和实现难易程度这三方面总结的原因。

• 内存占用：skiplist比平衡树更灵活一些。一般来说，平衡树每个节点至少包含2个指针，而skiplist每个节点包含的指针数目平均为1/(1-p)，具体取决于参数p的大小。如果像Redis里的实现一样，取p=1/4，那么平均每个节点包含1.33个指针，比平衡树更有优势。
• 范围查找的支持：在做范围查找的时候，平衡树比skiplist操作要复杂。在平衡树上，我们找到指定范围的小值之后，还需要以中序遍历的顺序继续寻找其它不超过大值的节点。如果不对平衡树进行一定的改造，这里的中序遍历并不容易实现。而在skiplist上进行范围查找就非常简单，只需要在找到小值之后，对第1层链表进行若干步的遍历就可以实现。
• 实现难易程度：skiplist更加简单，平衡树的插入和删除操作可能引发子树的调整，逻辑复杂，而skiplist的插入和删除只需要修改相邻节点的指针，操作简单又快速。

拓展：mysql为什么不用跳表？

常用命令：zadd/zrange/zrem/zcard等；

127.0.0.1:6379> zadd myZset 3.0 value1 # 添加元素到 sorted set 中 3.0 为权重
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd myZset 2.0 value2 1.0 value3 # 一次添加多个元素
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zcard myZset # 查看 sorted set 中的元素数量
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zscore myZset value1 # 查看某个 value 的权重
"3"
127.0.0.1:6379> zrange  myZset 0 -1 # 顺序输出某个范围区间的元素，0 -1 表示输出所有元素
1) "value3"
2) "value2"
3) "value1"
127.0.0.1:6379> zrange  myZset 0 1 # 顺序输出某个范围区间的元素，0 为 start  1 为 stop
1) "value3"
2) "value2"
127.0.0.1:6379> zrevrange  myZset 0 1 # 逆序输出某个范围区间的元素，0 为 start  1 为 stop
1) "value1"
2) "value2"

三大特殊数据类型

1、geospatial

官网地址：https://redis.io/commands/geoadd

可以用来推算两地之间的距离，方圆半径内的人。

关于经度纬度的限制：https://www.redis.net.cn/order/3685.html

1# 添加三个城市
 2127.0.0.1:16379[2]> geoadd china:city 116.40  39.99 beijing
 3(integer) 1
 4127.0.0.1:16379[2]> geoadd china:city 117.190 39.1255 tianjin
 5(integer) 1
 6127.0.0.1:16379[2]> geoadd china:city 120.36955 36.094 qingdao
 7(integer) 1
 8127.0.0.1:16379[2]>
 9
10# 获取指定key的经度和纬度
11127.0.0.1:16379[2]> geopos china:city beijing
121) 1) "116.39999896287918091"
13   2) "39.99000043587556519"
14127.0.0.1:16379[2]>
15
16# 获取两个给定位置的距离
17127.0.0.1:16379[2]> geodist china:city beijing qingdao # 默认单位为米
18"555465.2188"
19127.0.0.1:16379[2]> geodist china:city beijing qingdao km
20"555.4652"
21127.0.0.1:16379[2]> geodist china:city beijing qingdao m
22"555465.2188"
23127.0.0.1:16379[2]> geodist china:city beijing qingdao mi # 英里
24"345.1509"
25127.0.0.1:16379[2]> geodist china:city beijing qingdao ft # 英尺
26"1822392.4503"
27
28# 查找附近的人
29# 以给定的经纬度为中心，找出某一半径内的元素
30127.0.0.1:16379[2]> georadius china:city 117.190 39.1255 200 km # 半径为200km
311) "tianjin"
322) "beijing"
33127.0.0.1:16379[2]> georadius china:city 117.190 39.1255 200 km withdist # 指定显示距离
341) 1) "tianjin"
35   2) "0.0001"
362) 1) "beijing"
37   2) "117.6221"
38127.0.0.1:16379[2]> georadius china:city 117.190 39.1255 200 km count 2 # 指定显示2个结果
391) 1) "tianjin"
40   2) "0.0001"
412) 1) "beijing"
42   2) "117.6221"
43
44# 以指定的members为依据，找到它指定范围内的元素
45127.0.0.1:16379[2]> GEORADIUSBYMEMBER china:city beijing 120 km
461) "beijing"
472) "tianjin"
48
49# 返回一个或者多个位置的11位长度的hash串表示
50127.0.0.1:16379[2]> geohash china:city beijing
511) "wx4g2xzyss0"
52127.0.0.1:16379[2]> geohash china:city beijing tianjin
531) "wx4g2xzyss0"
542) "wwgqddx4sc0"
55
56# geo底层使用 zset 实现
57127.0.0.1:16379[2]> ZRANGE china:city 0 -1
581) "qingdao"
592) "tianjin"
603) "beijing"
61
62# 可以通过zrem删除 geo添加的key中的member
63127.0.0.1:16379[2]> ZREM china:city beijing
64(integer) 1
65127.0.0.1:16379[2]> ZRANGE china:city 0 -1
661) "qingdao"
672) "tianjin"

2、Hyperloglog

一般我们使用Hyperloglog做基数统计。

什么是基数？就是一个集合中不重复的数的个数。

集合A：{1,3,5,7,9,7}

集合B：{1,3,5,7,9}

AB集合的基数都是5

应用：统计网站的访问量（一个人访问网站很多次仍然算作一次）。

优点：占用的内存是固定的，找2^64次方个数的基数，只需要12KB内存。

缺点：有0.81%的错误率，可以忽略不计

1# PFCOUNT 计算出来的数量就是Set的基数
 2127.0.0.1:16379[2]> PFADD key4 q w e r q
 3(integer) 1
 4127.0.0.1:16379[2]> PFCOUNT key4
 5(integer) 4
 6
 7# 添加key1和key对应的多个值
 8127.0.0.1:16379[2]> PFADD key1 q w e r
 9(integer) 1
10
11# 统计key下有多少个值
12127.0.0.1:16379[2]> PFCOUNT key1
13(integer) 4
14
15# 添加key2和key对应的多个值
16127.0.0.1:16379[2]> PFADD key2 a s d f
17(integer) 1
18
19# 合并多个key成为一个key
20127.0.0.1:16379[2]> PFMERGE key3 key1 key2
21OK
22127.0.0.1:16379[2]> PFCOUNT key3
23(integer) 8

3、Bitmap(*)

概述：bitmap 存储的是连续的二进制数字（0 和 1），通过 bitmap, 只需要一个 bit 位来表示某个元素对应的值或者状态，key 就是对应元素本身 。我们知道 8 个 bit 可以组成一个 byte，所以 bitmap 本身会极大的节省储存空间。

应用场景: 适合需要保存状态信息（比如是否签到、是否登录...）并需要进一步对这些信息进行分析的场景。比如用户签到情况、活跃用户情况、用户行为统计（比如是否点赞过某个视频）。

针对上面提到的一些场景，这里进行进一步说明。

使用场景一：用户行为分析 很多网站为了分析你的喜好，需要研究你点赞过的内容。

# 记录你喜欢过 001 号小姐姐
127.0.0.1:6379> setbit beauty_girl_001 uid 1
Copy to clipboardErrorCopied

使用场景二：统计活跃用户

使用时间作为 key，然后用户 ID 为 offset，如果当日活跃过就设置为 1

那么我该如果计算某几天/月/年的活跃用户呢(暂且约定，统计时间内只有有一天在线就称为活跃)，有请下一个 redis 的命令

# 对一个或多个保存二进制位的字符串 key 进行位元操作，并将结果保存到 destkey 上。
# BITOP 命令支持 AND 、 OR 、 NOT 、 XOR 这四种操作中的任意一种参数
BITOP operation destkey key [key ...]
Copy to clipboardErrorCopied
初始化数据：
127.0.0.1:6379> setbit 20210308 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit 20210308 2 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit 20210309 1 1
(integer) 0
Copy to clipboardErrorCopied
统计 20210308~20210309 总活跃用户数: 1
127.0.0.1:6379> bitop and desk1 20210308 20210309
(integer) 1
127.0.0.1:6379> bitcount desk1
(integer) 1
Copy to clipboardErrorCopied
统计 20210308~20210309 在线活跃用户数: 2
127.0.0.1:6379> bitop or desk2 20210308 20210309
(integer) 1
127.0.0.1:6379> bitcount desk2
(integer) 2
Copy to clipboardErrorCopied

使用场景三：用户在线状态

对于获取或者统计用户在线状态，使用 bitmap 是一个节约空间效率又高的一种方法。

只需要一个 key，然后用户 ID 为 offset，如果在线就设置为 1，不在线就设置为 0。

总结

• 速度快，因为数据存在内存中，类似于HashMap，HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1)
• 支持丰富数据类型，支持string，list，set，sorted set（zset），hash

补充：

• 一个字符串类型的值能存储最大容量是512M
• 其余类型元素最大存储量为2^32 - 1，注意hash是键值对的个数