Redis学习之5种数据类型操作、实现原理及应用场景

Redis学习之5种数据类型操作、实现原理及应⽤场景

Redis可以存储可以存储键与5种不同数据结构类型之间的映射。五种数据类型为：STRING(字符串)、LIST(列表)、SET(集合)、HASH(散

列)、ZSET(有序集合)。

⼀、字符串类型String

1、类型定义

String 数据结构是简单的 key-value 类型，使⽤string时，redis(⼤多数情况下)并不会理解或者解析其含义，⽆论使⽤json、xml还是纯

⽂本在redis看来都是⼀样的，只是⼀个字符串，只能进⾏strlen、append等对字符串通⽤的操作，⽆法针对其内容进⼀步操作。

其基本操作命令有set、get、strlen、getrange、append：在⼤多数情况之外，就是string中存储的为纯数字的情况，redis可以将字符串

当做数字进⾏进⼀步操作，这些操作包括decr、decrby、incr、incrby和incrbyfloat。

1）赋值：SET key value。如set hello world

2）取值：GET key。如get hello。返回是world

3）⾃增：INCR key。就是Mysql的AUTO_INCREMENT。每次执⾏INCR key时，该key的值都会+1.若key不存在，则先建⽴⼀个0，然后+1，返回1。

如果值不是整数则报错。该操作是原⼦操作。 4）⾃减：DECR key。将指定key的值减少1.如DECR num，就是num-1

5）⾃增N：INCRBY key increment⽤来给指定key的值加increment。如INCRBY num 5就是num+5

6）⾃减N：DECRBY key increment⽤来给指定key的值减increment。如DECRBY num 5就是num-5

7）增加浮点数：INCRBYFLOAT key increment。

8）向尾部追加：APPEND key value。如set test:key 123 append test:key 456 get test:key就是123456

9）获取长度：STRLEN key。

10）同时给多个key 赋值：MSET title 这是标题 description 这是描述 content 这是内容。

11）同时获取多个key的值：MGET title description content

12）位操作之获取：GETBIT key offset。如字符a在redis中的存储为01100001（ASCII为98），那么GETBIT key 2就是1，GET key 0就是0。

13）位操作之设置：SETBIT key offset value。如字符a在redis中的存储为01100001（ASCII为98），那么SETBIT key 6 0，SETBIT key 5 1

那么get key得到的是b。因为取出的⼆进制为01100010。 14）位操作之统计：BITCOUNT key [start] [end]：BITCOUNT key⽤来获取key的值中⼆进制是1的个数。⽽BITCOUNT key start end则是⽤来

统计key的值中在第start和end之间的⼦字符串的⼆进制是1的个数（好绕啊）。 15）位操作之位运算：BITOP operation resultKey key1 key2。operation是位运算的操作，有AND，OR，XOR，NOT。resultKey是把运算结构

存储在这个key中，key1和key2是参与运算的key，参与运算的key可以指定多个。

2、应⽤场景

缓存功能：字符串最经典的使⽤场景，redis最为缓存层，Mysql作为储存层，绝⼤部分请求数据都是redis中获取，由于redis具有⽀撑

⾼并发特性，所以缓存通常能起到加速读写和降低 后端压⼒的作⽤。

计数器：许多运⽤都会使⽤redis作为计数的基础⼯具，他可以实现快速计数、查询缓存的功能，同时数据可以⼀步落地到其他的数据

源。如：视频播放数、粉丝数、微博数就是使⽤redis作为计数的基础组件。

共享session：出于负载均衡的考虑，分布式服务会将⽤户信息的访问均衡到不同服务器上，⽤户刷新⼀次访问可能会需要重新登录，

为避免这个问题可以⽤redis将⽤户session集中管理，在这种模式下只要保证redis的⾼可⽤和扩展性的，每次获取⽤户更新或查询登

录信息都直接从redis中集中获取。

限速：处于安全考虑，每次进⾏登录时让⽤户输⼊⼿机验证码，为了短信接⼝不被频繁访问，会限制⽤户每分钟获取验证码的频率。

3、实现原理

通过 int、SDS(simple dynamic string)作为结构存储

int⽤来存放整型数据，sds存放字节/字符串和浮点型数据

redis3.2分⽀引⼊了五种sdshdr类型，

⽬的是为了满⾜不同长度字符串可以使⽤不同⼤⼩的Header，从⽽节省内存

具体请可以参考：

⼆、列表类型List

1、类型定义

Redis对链表（Linked-list）结构的⽀持使得其在键值存储的世界独树⼀帜，⼀个列表结构可以有序地存储多个字符串。

使⽤list时，value就是⼀个string数组，操作这组string时，可以像对待栈⼀样使⽤pop和push操作，但是这个栈两端都能进⾏操作；也

可以像对待数组⼀样使⽤⼀个index参数来操作。list的操作命令略杂，主要分为两类：L开头的和R开头的，L代表LEFT或者LIST，进⾏⼀些

从列表左端进⾏的操作，或者⼀些与端⽆关的操作；R代表RIGHT，进⾏⼀些从列表右端进⾏的操作。

1）向头部插⼊：LPUSH key value1 value2...。返回增加后的列表长度。

2）向尾部插⼊：RPUSH key value1 value2...。返回增加后的列表长度。

3）从头部弹出：LPOP key。返回被弹出的元素值。该操作先删除key列表的第⼀个元素，再将它返回。

4）从尾部弹出：RPOP key。返回被弹出的元素值。

5）列表元素个数：LLEN key。key不存在返回0。

6）获取列表的⼦列表：LRANGE start end。返回第start个到第end个元素的列表。包含start和end。⽀持负数索引。-1表⽰最后⼀个元素，-2表⽰倒数

第⼆个元素。7）删除列表中指定值：LREM key count value。删除key这个列表中，所有值为value的元素，只删除count。如果有count+1个，那么就保留最后⼀个。

count不存在或者为0，则删除所有的。如果count⼤于0，则删除从头到尾的count个，如果count⼩于0，则删除从尾到头的count个。8）获取指定索引值：LINDEX key index。如LINDEX key 0就是列表的第⼀个元素。index可以是负数。

9）设置索引和值：LSET key index value。这个操作只是修改指定key且指定index的值。如果index不存在，则报错。

10）保留⽚段，删除其它：LTRIM key start end。保留start到end之间的所有元素，含start和end。其他全部删除。

11）向列表插⼊元素：LINSERT key BEFORE/AFTER value1 value2。从列表头开始遍历，发现值为value1时停⽌，将value2插⼊，根据BEFORE

或者AFTER插⼊到value1的前⾯还是后⾯。12）把⼀个列表的⼀个元素转到另⼀个列表：RPOPLPUSH list1 list2。将列表list1的右边元素删除，并把该与元素插⼊到列表list2的左边。原⼦操作。

2、应⽤场景

消息队列： redis的lpush+brpop命令组合即可实现阻塞队列，⽣产者客户端是⽤lupsh从列表左侧插⼊元素，多个消费者客户端使⽤

brpop命令阻塞时的“抢”列表尾部的元素，多个客户端保证了消费的负载均衡和⾼可⽤性。

⽂章列表：每个⽤户都有属于⾃⼰的⽂章列表，现在需要分页展⽰⽂章列表，此时可以考虑使⽤列表，列表不但有序同时⽀持按照索

引范围获取元素。

使⽤列表技巧：

lpush+lpop=Stack(栈)

lpush+rpop=Queue（队列）

lpush+ltrim=Capped Collection（有限集合）

lpush+brpop=Message Queue（消息队列）

3、实现原理

列表类型内部使⽤双向链表实现。

其内部数据结构为：

value对象内部以linkedlist或者ziplist来实现：

当list的元素个数和单个元素的长度⽐较⼩的时候，Redis会采⽤ziplist（压缩列表）来实现来减少内存占⽤。

否则就会采⽤linkedlist（双向链表）结构。

redis3.2之后，采⽤的⼀种叫quicklist的数据结构，实现ziplist和双向链表的⼆者结合，quicklist仍然是⼀个双向链表，只是列表的每个

节点都是⼀个ziplist。

三、集合Set

1、类型定义

Redis的集合Set和列表List都可以存储多个字符串，但是列表可以存储多个相同的字符串，⽽集合则通过使⽤散列表来保证⾃⼰存储的

每个字符串都是不相同的。Redis使⽤⽆序的⽅式存储元素。

集合类型是为了⽅便对多个集合进⾏操作和运算。集合中每个元素不同且没有顺序的概念，每个元素都是且只能是⼀个字符串。常⽤操

作是对集合插⼊、删除、判断等操作。时间复杂度尾O(1)。可以进⾏交集、并集、差集运算。集合类型在redis中的存储是⼀个值为空的散列

表（这些散列表只有键，但是没有与键相关的值）。

1）增加：SADD key value。

2）删除：SREM key value。

3）获取指定集合的所有元素：SMEMBERS key。

4）判断某个元素是否存在：SISMEMBER key value。

5）差集运算：SDIFF key1 key2...。对多个集合进⾏差集运算。

6）交集运算：SINNER key1 key2...。对多个集合进⾏交集运算。

7）并集运算：SUNION key1 key2...。对多个集合进⾏并集运算。

8）获取集合中元素个数：SCARD key。返回集合中元素的总个数。

9）对差集、交集、并集运算的结果存放在⼀个指定的key中：SDIFFSTORE storekey key1 key2。对key1和key2求差集，结果存放在key为storekey的

集合中。SINNERSTORE和SUNIONSTORE类似。10）获取集合中的随即元素：SRANDMEMBER key [count]。参数count可选，如果count不存在，则随即⼀个。count⼤于0，则是不重复的count个元素。

count⼩于0，则是⼀共|count|个元素，可以重复。11）随即弹出⼀个元素：SPOP key。随即从集合中弹出⼀个元素并删除，将该元素的值返回。