Redis有5個基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，string、list、hash、set和zset。它們是日常開發(fā)中使用頻率非常高應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，把這5個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都吃透了，你就掌握了Redis應(yīng)用知識的一半了。

string

首先我們從string談起。string表示的是一個可變的字節(jié)數(shù)組，我們初始化字符串的內(nèi)容、可以拿到字符串的長度，可以獲取string的子串，可以覆蓋string的子串內(nèi)容，可以追加子串。

Redis的字符串是動態(tài)字符串，是可以修改的字符串，內(nèi)部結(jié)構(gòu)實現(xiàn)上類似于Java的ArrayList，采用預(yù)分配冗余空間的方式來減少內(nèi)存的頻繁分配，如圖中所示，內(nèi)部為當(dāng)前字符串實際分配的空間capacity一般要高于實際字符串長度len。當(dāng)字符串長度小于1M時，擴容都是加倍現(xiàn)有的空間，如果超過1M，擴容時一次只會多擴1M的空間。需要注意的是字符串最大長度為512M。

初始化字符串 需要提供「變量名稱」和「變量的內(nèi)容」

> set ireader beijing.zhangyue.keji.gufen.youxian.gongsi
OK

獲取字符串的內(nèi)容 提供「變量名稱」

> get ireader
"beijing.zhangyue.keji.gufen.youxian.gongsi"

獲取字符串的長度 提供「變量名稱」

> strlen ireader
(integer) 42

獲取子串 提供「變量名稱」以及開始和結(jié)束位置[start, end]

> getrange ireader 28 34
"youxian"

覆蓋子串 提供「變量名稱」以及開始位置和目標(biāo)子串

> setrange ireader 28 wooxian
(integer) 42 # 返回長度
> get ireader
"beijing.zhangyue.keji.gufen.wooxian.gongsi"

追加子串

> append ireader .hao
(integer) 46 # 返回長度
> get ireader
"beijing.zhangyue.keji.gufen.wooxian.gongsi.hao"

遺憾的是字符串沒有提供字串插入方法和子串刪除方法。

計數(shù)器 如果字符串的內(nèi)容是一個整數(shù)，那么還可以將字符串當(dāng)成計數(shù)器來使用。

> set ireader 42
OK
> get ireader
"42"
> incrby ireader 100
(integer) 142
> get ireader
"142"
> decrby ireader 100
(integer) 42
> get ireader
"42"
> incr ireader # 等價于incrby ireader 1
(integer) 43
> decr ireader # 等價于decrby ireader 1
(integer) 42

計數(shù)器是有范圍的，它不能超過Long.Max，不能低于Long.MIN

> set ireader 9223372036854775807
OK
> incr ireader
(error) ERR increment or decrement would overflow
> set ireader -9223372036854775808
OK
> decr ireader
(error) ERR increment or decrement would overflow

過期和刪除 字符串可以使用del指令進行主動刪除，可以使用expire指令設(shè)置過期時間，到點會自動刪除，這屬于被動刪除?？梢允褂胻tl指令獲取字符串的壽命。

> expire ireader 60
(integer) 1 # 1表示設(shè)置成功，0表示變量ireader不存在
> ttl ireader
(integer) 50 # 還有50秒的壽命，返回-2表示變量不存在，-1表示沒有設(shè)置過期時間
> del ireader
(integer) 1 # 刪除成功返回1
> get ireader
(nil) # 變量ireader沒有了

list

Redis將列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)命名為list而不是array，是因為列表的存儲結(jié)構(gòu)用的是鏈表而不是數(shù)組，而且鏈表還是雙向鏈表。因為它是鏈表，所以隨機定位性能較弱，首尾插入刪除性能較優(yōu)。如果list的列表長度很長，使用時我們一定要關(guān)注鏈表相關(guān)操作的時間復(fù)雜度。

負下標(biāo) 鏈表元素的位置使用自然數(shù)0,1,2,…n-1表示，還可以使用負數(shù)-1,-2,…-n來表示，-1表示「倒數(shù)第一」，-2表示「倒數(shù)第二」，那么-n就表示第一個元素，對應(yīng)的下標(biāo)為0。

隊列／堆棧 鏈表可以從表頭和表尾追加和移除元素，結(jié)合使用rpush/rpop/lpush/lpop四條指令，可以將鏈表作為隊列或堆棧使用，左向右向進行都可以

# 右進左出
> rpush ireader go
(integer) 1
> rpush ireader java python
(integer) 3
> lpop ireader
"go"
> lpop ireader
"java"
> lpop ireader
"python"
# 左進右出
> lpush ireader go java python
(integer) 3
> rpop ireader
"go"
...
# 右進右出
> rpush ireader go java python
(integer) 3
> rpop ireader 
"python"
...
# 左進左出
> lpush ireader go java python
(integer) 3
> lpop ireader
"python"
...

在日常應(yīng)用中，列表常用來作為異步隊列來使用。

長度 使用llen指令獲取鏈表長度

> rpush ireader go java python
(integer) 3
> llen ireader
(integer) 3

隨機讀 可以使用lindex指令訪問指定位置的元素，使用lrange指令來獲取鏈表子元素列表，提供start和end下標(biāo)參數(shù)

> rpush ireader go java python
(integer) 3
> lindex ireader 1
"java"
> lrange ireader 0 2
1) "go"
2) "java"
3) "python"
> lrange ireader 0 -1 # -1表示倒數(shù)第一
1) "go"
2) "java"
3) "python"

使用lrange獲取全部元素時，需要提供end_index，如果沒有負下標(biāo)，就需要首先通過llen指令獲取長度，才可以得出end_index的值，有了負下標(biāo)，使用-1代替end_index就可以達到相同的效果。

修改元素 使用lset指令在指定位置修改元素。

> rpush ireader go java python
(integer) 3
> lset ireader 1 javascript
OK
> lrange ireader 0 -1
1) "go"
2) "javascript"
3) "python"

插入元素 使用linsert指令在列表的中間位置插入元素，有經(jīng)驗的程序員都知道在插入元素時，我們經(jīng)常搞不清楚是在指定位置的前面插入還是后面插入，所以antirez在linsert指令里增加了方向參數(shù)before/after來顯示指示前置和后置插入。不過讓人意想不到的是linsert指令并不是通過指定位置來插入，而是通過指定具體的值。這是因為在分布式環(huán)境下，列表的元素總是頻繁變動的，意味著上一時刻計算的元素下標(biāo)在下一時刻可能就不是你所期望的下標(biāo)了。

> rpush ireader go java python
(integer) 3
> linsert ireader before java ruby
(integer) 4
> lrange ireader 0 -1
1) "go"
2) "ruby"
3) "java"
4) "python"

到目前位置，我還沒有在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)插入指定的應(yīng)用場景。

刪除元素 列表的刪除操作也不是通過指定下標(biāo)來確定元素的，你需要指定刪除的最大個數(shù)以及元素的值

> rpush ireader go java python
(integer) 3
> lrem ireader 1 java
(integer) 1
> lrange ireader 0 -1
1) "go"
2) "python"

定長列表 在實際應(yīng)用場景中，我們有時候會遇到「定長列表」的需求。比如要以走馬燈的形式實時顯示中獎用戶名列表，因為中獎用戶實在太多，能顯示的數(shù)量一般不超過100條，那么這里就會使用到定長列表。維持定長列表的指令是ltrim，需要提供兩個參數(shù)start和end，表示需要保留列表的下標(biāo)范圍，范圍之外的所有元素都將被移除。

> rpush ireader go java python javascript ruby erlang rust cpp
(integer) 8
> ltrim ireader -3 -1
OK
> lrange ireader 0 -1
1) "erlang"
2) "rust"
3) "cpp"

如果指定參數(shù)的end對應(yīng)的真實下標(biāo)小于start，其效果等價于del指令，因為這樣的參數(shù)表示需要需要保留列表元素的下標(biāo)范圍為空。

快速列表

如果再深入一點，你會發(fā)現(xiàn)Redis底層存儲的還不是一個簡單的linkedlist，而是稱之為快速鏈表quicklist的一個結(jié)構(gòu)。首先在列表元素較少的情況下會使用一塊連續(xù)的內(nèi)存存儲，這個結(jié)構(gòu)是ziplist，也即是壓縮列表。它將所有的元素緊挨著一起存儲，分配的是一塊連續(xù)的內(nèi)存。當(dāng)數(shù)據(jù)量比較多的時候才會改成quicklist。因為普通的鏈表需要的附加指針空間太大，會比較浪費空間。比如這個列表里存的只是int類型的數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)上還需要兩個額外的指針prev和next。所以Redis將鏈表和ziplist結(jié)合起來組成了quicklist。也就是將多個ziplist使用雙向指針串起來使用。這樣既滿足了快速的插入刪除性能，又不會出現(xiàn)太大的空間冗余。

hash

哈希等價于Java語言的HashMap或者是Python語言的dict，在實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上它使用二維結(jié)構(gòu)，第一維是數(shù)組，第二維是鏈表，hash的內(nèi)容key和value存放在鏈表中，數(shù)組里存放的是鏈表的頭指針。通過key查找元素時，先計算key的hashcode，然后用hashcode對數(shù)組的長度進行取模定位到鏈表的表頭，再對鏈表進行遍歷獲取到相應(yīng)的value值，鏈表的作用就是用來將產(chǎn)生了「hash碰撞」的元素串起來。Java語言開發(fā)者會感到非常熟悉，因為這樣的結(jié)構(gòu)和HashMap是沒有區(qū)別的。哈希的第一維數(shù)組的長度也是2^n。

增加元素 可以使用hset一次增加一個鍵值對，也可以使用hmset一次增加多個鍵值對

> hset ireader go fast
(integer) 1
> hmset ireader java fast python slow
OK

獲取元素 可以通過hget定位具體key對應(yīng)的value，可以通過hmget獲取多個key對應(yīng)的value，可以使用hgetall獲取所有的鍵值對，可以使用hkeys和hvals分別獲取所有的key列表和value列表。這些操作和Java語言的Map接口是類似的。

> hmset ireader go fast java fast python slow
OK
> hget ireader go
"fast"
> hmget ireader go python
1) "fast"
2) "slow"
> hgetall ireader
1) "go"
2) "fast"
3) "java"
4) "fast"
5) "python"
6) "slow"
> hkeys ireader
1) "go"
2) "java"
3) "python"
> hvals ireader
1) "fast"
2) "fast"
3) "slow"

刪除元素 可以使用hdel刪除指定key，hdel支持同時刪除多個key

> hmset ireader go fast java fast python slow
OK
> hdel ireader go
(integer) 1
> hdel ireader java python
(integer) 2

判斷元素是否存在 通常我們使用hget獲得key對應(yīng)的value是否為空就直到對應(yīng)的元素是否存在了，不過如果value的字符串長度特別大，通過這種方式來判斷元素存在與否就略顯浪費，這時可以使用hexists指令。

> hmset ireader go fast java fast python slow
OK
> hexists ireader go
(integer) 1

計數(shù)器 hash結(jié)構(gòu)還可以當(dāng)成計數(shù)器來使用，對于內(nèi)部的每一個key都可以作為獨立的計數(shù)器。如果value值不是整數(shù)，調(diào)用hincrby指令會出錯。

> hincrby ireader go 1
(integer) 1
> hincrby ireader python 4
(integer) 4
> hincrby ireader java 4
(integer) 4
> hgetall ireader
1) "go"
2) "1"
3) "python"
4) "4"
5) "java"
6) "4"
> hset ireader rust good
(integer) 1
> hincrby ireader rust 1
(error) ERR hash value is not an integer

擴容 當(dāng)hash內(nèi)部的元素比較擁擠時(hash碰撞比較頻繁)，就需要進行擴容。擴容需要申請新的兩倍大小的數(shù)組，然后將所有的鍵值對重新分配到新的數(shù)組下標(biāo)對應(yīng)的鏈表中(rehash)。如果hash結(jié)構(gòu)很大，比如有上百萬個鍵值對，那么一次完整rehash的過程就會耗時很長。這對于單線程的Redis里來說有點壓力山大。所以Redis采用了漸進式rehash的方案。它會同時保留兩個新舊hash結(jié)構(gòu)，在后續(xù)的定時任務(wù)以及hash結(jié)構(gòu)的讀寫指令中將舊結(jié)構(gòu)的元素逐漸遷移到新的結(jié)構(gòu)中。這樣就可以避免因擴容導(dǎo)致的線程卡頓現(xiàn)象。

縮容 Redis的hash結(jié)構(gòu)不但有擴容還有縮容，從這一點出發(fā)，它要比Java的HashMap要厲害一些，Java的HashMap只有擴容。縮容的原理和擴容是一致的，只不過新的數(shù)組大小要比舊數(shù)組小一倍。

set

Java程序員都知道HashSet的內(nèi)部實現(xiàn)使用的是HashMap，只不過所有的value都指向同一個對象。Redis的set結(jié)構(gòu)也是一樣，它的內(nèi)部也使用hash結(jié)構(gòu)，所有的value都指向同一個內(nèi)部值。

增加元素 可以一次增加多個元素

> sadd ireader go java python
(integer) 3

讀取元素 使用smembers列出所有元素，使用scard獲取集合長度，使用srandmember獲取隨機count個元素，如果不提供count參數(shù)，默認(rèn)為1

> sadd ireader go java python
(integer) 3
> smembers ireader
1) "java"
2) "python"
3) "go"
> scard ireader
(integer) 3
> srandmember ireader
"java"

刪除元素 使用srem刪除一到多個元素，使用spop刪除隨機一個元素

> sadd ireader go java python rust erlang
(integer) 5
> srem ireader go java
(integer) 2
> spop ireader
"erlang"

判斷元素是否存在 使用sismember指令，只能接收單個元素

> sadd ireader go java python rust erlang
(integer) 5
> sismember ireader rust
(integer) 1
> sismember ireader javascript
(integer) 0

sortedset

SortedSet(zset)是Redis提供的一個非常特別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一方面它等價于Java的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Map<String, Double>，可以給每一個元素value賦予一個權(quán)重score，另一方面它又類似于TreeSet，內(nèi)部的元素會按照權(quán)重score進行排序，可以得到每個元素的名次，還可以通過score的范圍來獲取元素的列表。

zset底層實現(xiàn)使用了兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，第一個是hash，第二個是跳躍列表，hash的作用就是關(guān)聯(lián)元素value和權(quán)重score，保障元素value的唯一性，可以通過元素value找到相應(yīng)的score值。跳躍列表的目的在于給元素value排序，根據(jù)score的范圍獲取元素列表。

增加元素 通過zadd指令可以增加一到多個value/score對，score放在前面

> zadd ireader 4.0 python
(integer) 1
> zadd ireader 4.0 java 1.0 go
(integer) 2

長度 通過指令zcard可以得到zset的元素個數(shù)

> zcard ireader
(integer) 3

刪除元素 通過指令zrem可以刪除zset中的元素，可以一次刪除多個

> zrem ireader go python
(integer) 2

計數(shù)器 同hash結(jié)構(gòu)一樣，zset也可以作為計數(shù)器使用。

> zadd ireader 4.0 python 4.0 java 1.0 go
(integer) 3
> zincrby ireader 1.0 python
"5"

獲取排名和分?jǐn)?shù) 通過zscore指令獲取指定元素的權(quán)重，通過zrank指令獲取指定元素的正向排名，通過zrevrank指令獲取指定元素的反向排名[倒數(shù)第一名]。正向是由小到大，負向是由大到小。

> zscore ireader python
"5"
> zrank ireader go # 分?jǐn)?shù)低的排名考前，rank值小
(integer) 0
> zrank ireader java
(integer) 1
> zrank ireader python
(integer) 2
> zrevrank ireader python
(integer) 0

根據(jù)排名范圍獲取元素列表 通過zrange指令指定排名范圍參數(shù)獲取對應(yīng)的元素列表，攜帶withscores參數(shù)可以一并獲取元素的權(quán)重。通過zrevrange指令按負向排名獲取元素列表[倒數(shù)]。正向是由小到大，負向是由大到小。

> zrange ireader 0 -1 # 獲取所有元素
1) "go"
2) "java"
3) "python"
> zrange ireader 0 -1 withscores
1) "go"
2) "1"
3) "java"
4) "4"
5) "python"
6) "5"
> zrevrange ireader 0 -1 withscores
1) "python"
2) "5"
3) "java"
4) "4"
5) "go"
6) "1"

根據(jù)score范圍獲取列表 通過zrangebyscore指令指定score范圍獲取對應(yīng)的元素列表。通過zrevrangebyscore指令獲取倒排元素列表。正向是由小到大，負向是由大到小。參數(shù)-inf表示負無窮，+inf表示正無窮。

> zrangebyscore ireader 0 5
1) "go"
2) "java"
3) "python"
> zrangebyscore ireader -inf +inf withscores
1) "go"
2) "1"
3) "java"
4) "4"
5) "python"
6) "5"
> zrevrangebyscore ireader +inf -inf withscores # 注意正負反過來了
1) "python"
2) "5"
3) "java"
4) "4"
5) "go"
6) "1"

根據(jù)范圍移除元素列表 可以通過排名范圍，也可以通過score范圍來一次性移除多個元素

> zremrangebyrank ireader 0 1
(integer) 2 # 刪掉了2個元素
> zadd ireader 4.0 java 1.0 go
(integer) 2
> zremrangebyscore ireader -inf 4
(integer) 2
> zrange ireader 0 -1
1) "python"

跳躍列表 zset內(nèi)部的排序功能是通過「跳躍列表」數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，它的結(jié)構(gòu)非常特殊，也比較復(fù)雜。這一塊的內(nèi)容深度讀者要有心理準(zhǔn)備。

因為zset要支持隨機的插入和刪除，所以它不好使用數(shù)組來表示。我們先看一個普通的鏈表結(jié)構(gòu)。

我們需要這個鏈表按照score值進行排序。這意味著當(dāng)有新元素需要插入時，需要定位到特定位置的插入點，這樣才可以繼續(xù)保證鏈表是有序的。通常我們會通過二分查找來找到插入點，但是二分查找的對象必須是數(shù)組，只有數(shù)組才可以支持快速位置定位，鏈表做不到，那該怎么辦？

想想一個創(chuàng)業(yè)公司，剛開始只有幾個人，團隊成員之間人人平等，都是聯(lián)合創(chuàng)始人。隨著公司的成長，人數(shù)漸漸變多，團隊溝通成本隨之增加。這時候就會引入組長制，對團隊進行劃分。每個團隊會有一個組長。開會的時候分團隊進行，多個組長之間還會有自己的會議安排。公司規(guī)模進一步擴展，需要再增加一個層級——部門，每個部門會從組長列表中推選出一個代表來作為部長。部長們之間還會有自己的高層會議安排。

跳躍列表就是類似于這種層級制，最下面一層所有的元素都會串起來。然后每隔幾個元素挑選出一個代表來，再將這幾個代表使用另外一級指針串起來。然后在這些代表里再挑出二級代表，再串起來。最終就形成了金字塔結(jié)構(gòu)。

想想你老家在世界地圖中的位置：亞洲–>中國->安徽省->安慶市->樅陽縣->湯溝鎮(zhèn)->田間村->xxxx號，也是這樣一個類似的結(jié)構(gòu)。

「跳躍列表」之所以「跳躍」，是因為內(nèi)部的元素可能「身兼數(shù)職」，比如上圖中間的這個元素，同時處于L0、L1和L2層，可以快速在不同層次之間進行「跳躍」。

定位插入點時，先在頂層進行定位，然后下潛到下一級定位，一直下潛到最底層找到合適的位置，將新元素插進去。你也許會問那新插入的元素如何才有機會「身兼數(shù)職」呢？

跳躍列表采取一個隨機策略來決定新元素可以兼職到第幾層，首先L0層肯定是100%了，L1層只有50%的概率，L2層只有25%的概率，L3層只有12.5%的概率，一直隨機到最頂層L31層。絕大多數(shù)元素都過不了幾層，只有極少數(shù)元素可以深入到頂層。列表中的元素越多，能夠深入的層次就越深，能進入到頂層的概率就會越大。

到此這篇關(guān)于通俗易懂的Redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)教程(入門)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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