分布式缓存技术redis学习系列（二）——详细讲解redis数据结构（内存模型）以及常用命令...

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发布时间：2019-06-14

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Redis数据类型

与Memcached仅支持简单的key-value结构的数据记录不同，Redis支持的数据类型要丰富得多，常用的数据类型主要有五种：String、List、Hash、Set和Sorted Set。

Redis数据类型内存结构分析

Redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value。redisObject主要的信息包括数据类型（type）、编码方式(encoding)、数据指针（ptr）、虚拟内存（vm）等。type代表一个value对象具体是何种数据类型，encoding是不同数据类型在redis内部式。

redisObject 对象示意图

下面分别介绍5种数据类型的用法。

String类型

字符串是Redis值的最基础的类型。Redis中使用的字符串是通过包装的，基于c语言字符数组实现的简单动态字符串(simple dynamic string, SDS)一个抽象数据结构。其源码定义如下：

struct sdshdr {

int len; //len表示buf中存储的字符串的长度。

int free; //free表示buf中空闲空间的长度。

char buf[]; //buf用于存储字符串内容。

};

C语言字符串内存结构示意图1

假设上图是”hello”字符串的内存结构，这个时候len=5，free=2那么redis包装后（sds）其长度为：

sizeof(struct sdshdr) + len + free + 1

其中buf的大小为：

len + free + 1

1表示1个字节是用来存储结束符’\0’的。Redis字符串是二进制安全的，因为二进制数据通常会有中间某个字节存储’\0’的这种情况，这意味着一个Redis字符串可以包含任何种类的数据，例如一个JPEG图像或者一个序列化的Ruby对象。二进制是否安全，简单的理解就是能不能在字符串中间有‘\0’,如下图:

C语言字符串内存结构示意图2

对于上图，sds认为这个字符串是“hello world”,而C语言的字符处理函数认为这个字符串是“hello”。

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。

常用命令

（1）set——设置key对应的值为String类型的value

（2）get——获取key对应的值

192.168.2.129:6379> setnx name lisi

(integer) 0

192.168.2.129:6379> setnx name1 wangwu

(integer) 1

192.168.2.129:6379> get name

"zhangsan"

192.168.2.129:6379> get name1

"wangwu"

192.168.2.129:6379>

（3）mget——批量获取多个key的值，如果可以不存在则返回nil

192.168.2.129:6379> mget name name1

1) "zhangsan"

2) "wangwu"

192.168.2.129:6379> mget name name1 name2

1) "zhangsan"

2) "wangwu"

3) (nil)

192.168.2.129:6379>

（4）incr && incrby——incr对key对应的值进行加加操作，并返回新的值;incrby加指定值

192.168.2.129:6379> get age

"20"

192.168.2.129:6379> incr age

(integer) 21

192.168.2.129:6379> set age1 "20"

192.168.2.129:6379> get age1

"20"

192.168.2.129:6379> incr age1

(integer) 21

192.168.2.129:6379> incrby age 3

(integer) 24

从上面的结果可以看出，我们对int型的age和string型的age1都能进行incr操作时，

实际上type=string代表value存储的是一个普通字符串，那么对应的encoding可以是raw或者是int，如果是int则代表实际redis内部是按数值型类存储和表示这个字符串的，当然前提是这个字符串本身可以用数值表示，比如"20"这样的字符串，当遇到incr、decr等操作时会转成数值型进行计算，此时redisObject的encoding字段为int。如果你试图对name进行incr操作则报错。

192.168.2.129:6379> incr name

(error) ERR value is not an integer or out of range

（5）decr && decrby——decr对key对应的值进行减减操作，并返回新的值;decrby减指定值

192.168.2.129:6379> decr age

(integer) 23

192.168.2.129:6379> decrby age 3

(integer) 20

192.168.2.129:6379>

（6）其他命令

命令	说明
setnx	设置key对应的值为String类型的value，如果key已经存在则返回0
setex	设置key对应的值为String类型的value，并设定有效期
setrange	设置key对应value的子字符串
getrange	获取key对应value的子字符串
mset	批量设置多个key的值，如果成功表示所有值都被设置，否则返回0表示没有任何值被设置
msetnx	同mset，不存在就设置，不会覆盖已有的key
getset	设置key的值，并返回key旧的值
append	给指定key的value追加字符串，并返回新字符串的长度
strlen	取指定key的value的长度

Hash类型

Hash是一个String类型的field和value之间的映射表，即redis的Hash数据类型的key（hash表名称）对应的value实际的内部存储结构为一个HashMap，因此Hash特别适合存储对象。相对于把一个对象的每个属性存储为String类型，将整个对象存储在Hash类型中会占用更少内存。

Hash 数据类型内部结构示意图

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encoding为ht。

应用场景

用一个对象来存储用户信息，商品信息，订单信息等等。

常用命令

（1）hset——设置key对应的HashMap中的field的value

（2）hget——获取key对应的HashMap中的field的value

192.168.2.129:6379> hset myhash name zhangsan

(integer) 1

192.168.2.129:6379> hset myhash age 20

(integer) 1

192.168.2.129:6379> hget myhash name

"zhangsan"

192.168.2.129:6379> hget myhash age

"20"

192.168.2.129:6379>

（3）hgetall——获取key对应的HashMap中的所有field的value

192.168.2.129:6379> hgetall myhash

1) "name"

2) "zhangsan"

3) "age"

4) "20"

192.168.2.129:6379>

（4）其它命令

命令	说明
hsetnx	设置key对应的HashMap中的field的value，如果不存在则先创建
hmset	批量设置key对应的HashMap中的field的value
hmget	批量获取key对应的HashMap中的field的value
hincrby	给key对应的HashMap中的field的value加指定的值
hexits	测试key对应的HashMap中的field是否存在
hlen	返回key对应的HashMap中的field的数量
hdel	删除key对应的HashMap中的field
hkeys	返回key对应的HashMap中所有的field
hvals	返回key对应的HashMap中所有的field的value

List类型

Redis的List类型其实就是每一个元素都是String类型的双向链表。我们可以从链表的头部和尾部添加或者删除元素。这样的List既可以作为栈，也可以作为队列使用。

List数据结构内部示意图

应用场景

如好友列表，粉丝列表，消息队列，最新消息排行等。

常用命令

（1）lpush——在key对应的list的头部添加一个元素。

（2）lrange——获取key对应的list的指定下标范围的元素，-1表示获取所有元素。

（3）lpop——从key对应的list的尾部删除一个元素，并返回该元素。

192.168.2.129:6379> lpush newlist news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379> lrange newlist 0 -1

1) "news3"

2) "news2"

3) "news1"

192.168.2.129:6379> lpop newlist

"news3"

192.168.2.129:6379> lrange newlist 0 -1

1) "news2"

2) "news1"

192.168.2.129:6379>

从上面的操作可以看出，lpush、lpop从表头操作。

（4）rpush——在key对应的list的尾部添加一个元素。

（5）rpop——从key对应的list的尾部删除一个元素，并返回该元素。

192.168.2.129:6379> rpush newlist2 news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379> lrange newlist2 0 -1

1) "news1"

2) "news2"

3) "news3"

192.168.2.129:6379> rpop newlist2

"news3"

192.168.2.129:6379>

从上面的操作可以看出，rpush、rpop从表尾操作。

（6）其他命令

命令	说明
linsert	在key对应的list的特定元素的前或后插入元素
lset	设置key对应的list中指定下标元素的值
lrem	从key对应的list中删除n个和value相同的元素
ltrim	保留key对应的list中指定范围的元素
rpoplpush	从第一个list的尾部移除一个元素并添加到第二个list的头部
llen	返回key对应的list的长度
lindex	返回key对应的list中index的元素

Set类型

Redis 集合（Set类型）是一个无序的String类型数据的集合，类似List的一个列表，与List不同的是Set不能有重复的数据。实际上，Set的内部是用HashMap实现的，Set只用了HashMap的key列来存储对象。我们来看看java中HashSet的源码：

public class HashSet<E>

extends AbstractSet<E>

implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

{

static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

private transient HashMap<E,Object> map;

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map

private static final Object PRESENT = new Object();

/**

* Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has

* default initial capacity (16) and load factor (0.75).

public HashSet() {

map = new HashMap<>();

}

......

/**

* Returns an iterator over the elements in this set. The elements

* are returned in no particular order.

* @return an Iterator over the elements in this set

* @see ConcurrentModificationException

public Iterator<E> iterator() {

return map.keySet().iterator();

}

可见创建一个HashSet的时候实际上创建了一个HashMap；Set中的元素，只是存放在了底层HashMap的key上，底层HashMap的value列为空，遍历HashSet的时候从HashMap中取出keySet来遍历。

Set底层结构示意图

应用场景

集合有取交集、并集、差集等操作，因此可以求共同好友、共同兴趣、分类标签等。

常用命令

（1）sadd——在key对应的set中添加一个元素。

（2）smembers——获取key对应的set的所有元素。

（3）spop——随机返回并删除key对应的set中的一个元素。

192.168.2.129:6379> sadd myset news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379> smembers myset

1) "news3"

2) "news2"

3) "news1"

192.168.2.129:6379> spop myset

"news3"

192.168.2.129:6379>

（4）sdiff——求给定key对应的set与第一个key对应的set的差集

192.168.2.129:6379> smembers myset

1) "news3"

2) "news2"

3) "news1"

192.168.2.129:6379> sadd myset2 news3 news4 news5

(integer) 3

192.168.2.129:6379> smembers myset2

1) "news4"

2) "news3"

3) "news5"

192.168.2.129:6379> sdiff myset myset2

1) "news1"

2) "news2"

192.168.2.129:6379>

（5）suion——求给定key对应的set并集

192.168.2.129:6379> sunion myset myset2

1) "news3"

2) "news1"

3) "news2"

4) "news4"

5) "news5"

192.168.2.129:6379>

（6）sinter——求给定key对应的set交集

192.168.2.129:6379> sinter myset myset2

1) "news3"

192.168.2.129:6379>

（7）其他命令

命令	说明
srem	删除key对应的set中的一个元素
sdiffstore	求给定key对应的set与第一个key对应的set的差集，并存储到另一个key对应的set中
sinterstore	求给定key对应的set交集，并存储到另一个key对应的set中
suionstore	求给定key对应的set并集，并存储到另一个key对应的set中
somve	从第一个key对应的set中删除指定元素并添加到第二个key对应的set中
scard	返回key对应的set的元素个数
sismember	测试某个元素是否为key对应的set中的元素个数
srandmember	随机返回key对应的set中的一个元素，但不删除元素

SortSet

SortSet顾名思义，是一个排好序的Set，它在Set的基础上增加了一个顺序属性score，这个属性在添加修改元素时可以指定，每次指定后，SortSet会自动重新按新的值排序。

sorted set的内部使用HashMap和跳跃表(SkipList)来保证数据的存储和有序，HashMap里放的是成员到score的映射，而跳跃表里存放的是所有的成员，排序依据是HashMap里存的score。

应用场景

如按时间排序的时间轴。

常用命令

（1）zadd ——在key对应的zset中添加一个元素

（2）zrange——获取key对应的zset中指定范围的元素，-1表示获取所有元素

192.168.2.129:6379> zadd myzset 1 "one" 2 "two" 3 "three"

(integer) 3

192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1

1) "one"

2) "two"

3) "three"

192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1 withscores

1) "one"

2) "1"

3) "two"

4) "2"

5) "three"

6) "3"

192.168.2.129:6379>

（3）zrem——删除key对应的zset中的一个元素

192.168.2.129:6379> zrem myzset one

(integer) 1

192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1 withscores

1) "two"

2) "2"

3) "three"

4) "3"

192.168.2.129:6379>

（4）其它命令

命令	说明
zincrby	如果key对应的zset中已经存在元素member，则对member的score属性加指定的值
zrank	返回key对应的zset中指定member的排名。其中member按score值递增(从小到大）；排名以0为底，也就是说，score值最小的成员排名为0
zrevrank	获得成员按score值递减(从大到小)排列的排名
zrevrange	返回有序集key中，指定区间内的成员。其中成员的位置按score值递减(从大到小)来排列
zrangebyscore	返回有序集key中，指定分数范围的元素列表
zcount	返回有序集key中，score值在min和max之间(默认包括score值等于min或max)的成员
zcard	返回key的有序集元素个数