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Redis实战 | 5种Redis数据类型详解

2019-12-17 21:43 976 查看

我们知道Redis是目前非常主流的KV数据库，它因高性能的读写能力而著称，其实还有另外一个优势，就是Redis提供了更加丰富的数据类型，这使得Redis有着更加广泛的使用场景。那Redis提供给用户的有哪些数据类型呢？主要有：string（字符串）、List（列表）、Set（集合）、Hash（哈希）、Zset（有序集合）、HyperLogLogs（计算基数用的一种数据结构）、Streams（Redis 5.0提供一种建模日志用的全新数据结构）。

需要注意的是这里说的数据类型是指Redis值的数据类型，而Redis键的类型总是string。

本文主要详解一下前5种，也就是最常用的5种数据类型。剩下两种可上Redis官网（redis.io）自行了解下。另外，Redis已经是目前Java程序员面试必问内容，而

“Redis有哪些数据类型？”

更是面试官张口就来的基础问题。如果连这第一问都过不了，那基本上Redis这块已经凉凉了。

string | 字符串类型

redis的字符串类型，可以存储字符串、整数或者浮点数。如果存储的是整数或者浮点数，还能执行自增或者自减操作。

并且redis的string类型是二进制安全的，它可以包含任何数据，比如一个序列化的对象、一个图片字节流等。不过存储大小是由上限的-512M

这里解释下二进制安全的含义：简单的来说，就是字符串不是根据某种特殊的标志位来（C语言的\0）解析的，无论输入的是什么，总能保证输出是处理的原始输入而不是根据某种特殊格式来处理。

redis是怎么实现string类型的二进制安全的呢？

答案是Sds （Simple Dynamic String，简单动态字符串），Redis底层定义了自己的一种数据结构。（简单了解下）

typedef char *sds;

struct sdshdr {

// buf 已占用长度
int len;

// buf 剩余可用长度
int free;

// 实际保存字符串数据的地方
char buf[];
};

操作字符串的一些命令

基础set、get、del命令及示例

get  keyname

获取存储在给定键中的值
set keyname value
设置存储唉给定键中的值
del keyname
删除存储在给定键中的值（通用命令，适用于所有类型）

127.0.0.1:6379> set happy today
OK
127.0.0.1:6379> get happy
"today"
127.0.0.1:6379> del happy
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get happy
(nil)
127.0.0.1:6379>

自增和自减命令

incr keyname

将键存储的值加1
decr kename
将键存储的是减1
incrby keyname amount
将键存储的值加上整数amount
decrby keyname amount
将键存储的值减去整数amount
incrbyfloat keyname amount
将键存储的值加上浮点数amount

127.0.0.1:6379> set number 1
OK
127.0.0.1:6379> get number
"1"
127.0.0.1:6379> incr number
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get number
"2"
127.0.0.1:6379> decr number
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get number
"1"
127.0.0.1:6379> incrby number 3
(integer) 4
127.0.0.1:6379> get number
"4"
127.0.0.1:6379> decrby number 2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get number
"2"
127.0.0.1:6379> incrbyfloat number 1.23
"3.23"
127.0.0.1:6379> get number
"3.23"

子串和二进制位命令

append  keyname value

追加value值到指定字符串末尾
getrange keyname start end
获取start到end范围的所有字符组成的子串，包括start和end在内
setrange keyname offset value
从偏移量 offset 开始，用 value 参数覆写(overwrite)键 keyname 储存的字符串值。
getbit keyname offset
对 keyname 所储存的字符串值，获取指定偏移量上的位(bit)。
setbit keyname offset value
对 keyname 所储存的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位(bit)。

注意redis的索引以0为开始

127.0.0.1:6379> get hello
"world"
127.0.0.1:6379> append hello ,java
(integer) 10
127.0.0.1:6379> get hello
"world,java"
127.0.0.1:6379> getrange hello 2 5
"rld,"
127.0.0.1:6379> setrange hello 6 redis
(integer) 11
127.0.0.1:6379> get hello
"world,redis"
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> setbit bitstr 100 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit bitstr 100
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get bitstr
"\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\b"
127.0.0.1:6379>

其他几个重要的命令

setnx key value

只在键 key 不存在的情况下，将键 key 的值设置为 value；若键 key 已经存在，则 SETNX 命令不做任何动作。
setex key seconds value
将键 key 的值设置为 value ，并将键 key 的生存时间设置为 seconds 秒钟。如果键 key 已经存在，那么 SETEX 命令将覆盖已有的值。

说明一下：

SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，则 SET)的简写。命令在设置成功时返回 1 ，设置失败时返回 0 。
SETEX命令相当于SET key value 和 EXPIRE key seconds # 设置生存时间两条命令的效果，但是SETEX是一个原子操作。

127.0.0.1:6379> exists mark
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setnx mark abcd
(integer) 1
127.0.0.1:6379> setnx mark defg
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get mark
"abcd"
127.0.0.1:6379> setex cachekey 20 ak98
OK
127.0.0.1:6379> get cachekey
"ak98"
127.0.0.1:6379> ttl cachekey
(integer) 2

List | 列表类型

Redis的列表类型和许多程序语言中的列表类型类似，

可以有序地存储多个字符串

。

支持从列表的左端和右端推入或弹出元素。Redis列表的底层实现是压缩列表（redis内容自己实现的数据结构）和双端链表。看下图

图片来自《Redis 设计与实现》

列表操作命令详解

lpush key value [value...]

将一个或者多个value值插入列表的表头。如果 key 不存在，会创建一个空列表并执行 LPUSH 操作。当 key 存在但不是列表类型时，返回一个错误。

执行 LPUSH 命令后，会返回列表的长度。

127.0.0.1:6379> lpush listkey a
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lpush listkey a b c
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "c"
2) "b"
3) "a"
4) "a"
127.0.0.1:6379>

list类型可以加入重复的元素，这个和后面要说的set（集合类型）不同。
lrange listkey 0 -1 是获取整个列表的内容
类似地rpush命令是从列表右端加入元素

LPOP key

从列表的左端弹出一个值，并返回被弹出的值

127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "c"
2) "b"
3) "a"
4) "a"
127.0.0.1:6379> lpop listkey
"c"
127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "b"
2) "a"
3) "a"
127.0.0.1:6379>

lrange key start end

获取列表key在给定start到end范围上的所有元素值。

0表示第一个元素，-1表示最后一个元素。

127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "b"
2) "a"
3) "a"
127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 1
1) "b"
2) "a"
127.0.0.1:6379>

lindex key index

获取列表在给定index位置上的单个元素值。

可以是-1，代表最后一个元素，-2表示倒数第二个元素，以此类推。

127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "b"
2) "a"
3) "a"
127.0.0.1:6379> lindex listkey 0
"b"
127.0.0.1:6379> lindex listkey -1
"a"
127.0.0.1:6379> lindex listkey 3
(nil)
127.0.0.1:6379>

blpop key [key …] timeout

blpop 是阻塞式的弹出命令，它是lpop key 命令的阻塞版本。当给定列表内没有任何元素可供弹出的时候，连接将被 blpop 命令阻塞，直到等待超时或发现可弹出元素为止。

当给定多个 key 参数时，按参数 key 的先后顺序依次检查各个列表，弹出第一个非空列表的头元素。

因此可以分两种情况讨论，一种是至少有一个key存在且是非空列表，则blpop命令不会阻塞，另外是blpop命令中的列表是空列表，此时会在超时时间内阻塞。

先看下非阻塞的场景，返回值是第一个非空列表名和被弹出元素。

127.0.0.1:6379> lpush list1 hello java
(integer) 2
127.0.0.1:6379> lpush list2 hello redis
(integer) 2
127.0.0.1:6379> blpop list2 list1 list3 0
1) "list2"
2) "redis"
127.0.0.1:6379>

阻塞的场景，在执行了blpop book1 book2 300 命令后会一直阻塞住。

127.0.0.1:6379> exists book1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> exists book2
(integer) 0
127.0.0.1:6379> blpop book1 book2 300
阻塞在这里了

这个时候，我们如果在开另外一个redis客户端，执行如下

lpush

命令往book1列表中推入一个元素。

127.0.0.1:6379> lpush book1 springboot
(integer) 1
127.0.0.1:6379>

此时，再回到原来阻塞的客户端，已经弹出了元素。

127.0.0.1:6379> exists book1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> exists book2
(integer) 0
127.0.0.1:6379> blpop book1 book2 300
1) "book1"
2) "springboot"
(237.45s)
127.0.0.1:6379>

通过利用Redis列表类型的阻塞式命令的特性，我们最容易想到的就是可以用它实现一个简易版的消息队列。

set | 集合类型

Redis的集合以无序的方式存储多个不同的元素。这里要注意的是无序和不同。

除了对集合能快速执行添加、删除、检查一个元素是否在集合中之外，还可以对多个集合执行交集、并集和差集运算。

底层实现概述

Redis的集合类型底层实现主要是通过一种叫做字典的数据结构。不过Redis为了追求极致的性能，会根据存储的值是否是整数，选择一种intset的数据结构。当满足一定条件后，会切换成字典的实现。

这里大概解释下

字典

：其实是由一集键值对（key-value pairs）组成，各个键值对的键各不相同，程序可以添加新的键值对到字典中，或者基于键进行查找、更新或删除等操作。

Redis的set（集合）在使用字典数据结构保存数据时，将元素保存到字典的键里面，而字典的值则统一设为 NULL 。

集合类型操作命令详解

sadd key member [member...]

将一个或者多个元素添加到集合key中，已存在于集合中的元素将被忽略。返回新添加的元素数量，不包括忽略的元素。

srem key member [member...]

移除集合中的一个或多个元素，不存在的元素将被忽略。返回被成功移除的元素数量。

sismember key meber

检查元素member是否存在于集合key中。如果是返回1，不是或者key不存在，返回0。

scard key

返回集合包含的元素数量
spop key
随机移除集合中的一个元素，并返回被移除元素。
smembers key
返回集合中包含的所有元素

127.0.0.1:6379> sadd set1 java spring redis
(integer) 3
127.0.0.1:6379> smembers set1
1) "redis"
2) "spring"
3) "java"
127.0.0.1:6379> scard set1
(integer) 3
127.0.0.1:6379> srem set1 spring
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sismember set1 spring
(integer) 0
127.0.0.1:6379> smembers set1
1) "redis"
2) "java"
127.0.0.1:6379> sadd set1 mysql spring
(integer) 2
127.0.0.1:6379> spop set1
"redis"
127.0.0.1:6379> smembers set1
1) "mysql"
2) "spring"
3) "java"
127.0.0.1:6379>

下面是一些用于处理多个集合的一些命令

sdiff key  [key...]

返回存在于第一个集合，但不存在于其他集合中的元素（数学上的差集运算）
sinter key [key...]
返回同时存在于所有集合中的元素（数学上的交集运算）
sunion key [key...]
返回至少存在于一个集合中的元素（数学上的并集运算）

127.0.0.1:6379> smembers set1
1) "mysql"
2) "spring"
3) "java"
127.0.0.1:6379> smembers set2
1) "mysql"
2) "springboot"
3) "redis"
127.0.0.1:6379> sdiff set1 set2
1) "java"
2) "spring"
127.0.0.1:6379> sinter set1 set2
1) "mysql"
127.0.0.1:6379> sunion set1 set2
1) "mysql"
2) "springboot"
3) "java"
4) "spring"
5) "redis"
127.0.0.1:6379>

hash | 散列表（哈希表）

Redis的hash类型其实就是一个缩减版的redis。它存储的是键值对，将多个键值对存储到一个redis键里面。

底层实现概述

hash类型的底层主要也是基于字典这种数据结构来实现的。

redis内部在实现hash数据类型的时候是使用了两种数据结构。在创建一个空的hash表时，默认使用的是ziplist的数据结构，满足一定条件后会转成字典的形式。

散列表操作命令详解

hmget hash-key  key [key...]

从散列表里面获取一个或多个键的值
hmset hash-key key value [key value...]
为散列表里面的一个或多个键设置值
hdel hash-key key [key...]
删除散列表里面的一个或多个键值对，返回删除成功的键值对的数量
hlen hash-key
返回散列表包含的键值对的数量
hexists hash-key key
检查给定的键是否存在于散列表中
hkeys hash-key
获取散列包含的所有键
hvals hash-key
获取散列包含的所有值
hgetall hash-key
获取散列包含的所有键值对

127.0.0.1:6379> hmset hash1 username tom email 123@123 year 12
OK
127.0.0.1:6379> hmget hash1 email
1) "123@123"
127.0.0.1:6379> hlen hash1
(integer) 3
127.0.0.1:6379> hdel hash1 year
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hexists hash1 year
(integer) 0
127.0.0.1:6379> hkeys hash1
1) "username"
2) "email"
127.0.0.1:6379> hvals hash1
1) "tom"
2) "123@123"
127.0.0.1:6379> hgetall hash1
1) "username"
2) "tom"
3) "email"
4) "123@123"
127.0.0.1:6379>

zset | 有序集合

有序集合相比较于集合，多个有序两个字，我们知道set集合类型存储的元素是无序的，那Redis有序集合是怎么保证有序的？使用分值，有序集合里存储这成员与分值之间的映射，并提供了分值处理命令，以及根据分值的大小有序地获取成员或分值的命令。

底层实现概述

Redis有序集合的实现使用了一种叫跳跃表的数据结构（简称跳表，可自行查阅），同时也使用到了前面提到的压缩列表。也是满足一定条件的话，会自行转换。

有序集合操作命令详解

zadd z-key  score memer [score member...]

将带有给定分值的成员添加到有序集合里面
zrem z-key member [member...]
从有序集合里面移除给定的成员，并返回被移除成员的数量
zcard z-key
返回有序集合包含的成员数量
zincrby z-key increment member
将member成员的分值加上increment
zcount z-key min max
返回分值介于min和max之间的成员数量
zrank z-key member
返回成员member在有序集合中的排名
zscore z-key member
返回成员member的分值
zrange z-key start stop [withscores]
返回有序集合中排名介于start和stop之间的成员，如果给定了可选的withscores选项，name命令会将成员的分值也一并返回。

zrevrank z-key member

返回有序集合里成员member的排名，成员按照分值从大到小排列。
zrevrange z-key start stop
返回有序集合给定排名范围内的成员，成员按照分值从大到小排列。
zrangebyscore z-key min max
返回有序集合中分值介于min和max之间的所有成员

127.0.0.1:6379> zadd zset1 10 a 12 b 1 c 3 d 20 e
(integer) 5
127.0.0.1:6379> zcard zset1
(integer) 5
127.0.0.1:6379> zcount zset1 2 10
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zrank zset1 d
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zscore zset1 e
"20"
127.0.0.1:6379> zrange zset1 3 5
1) "b"
2) "e"
127.0.0.1:6379> zrevrank zset1 d
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zrevrange zset1 3 5
1) "d"
2) "c"
127.0.0.1:6379> zrangebyscore zset1 5 10
1) "a"
127.0.0.1:6379>

作者Info：
公众号：二营长的笔记
闲话：用技术筑起自己的风墙，当外面的枪林弹雨来临的时候，至少可以来个“面对疾风吧！！！”

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