Redis 中的 5 種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)精講（1）
Redis 中有 5 種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別是字符串（String）、哈希（Hash）、列表（List）、集合（Set）和有序集合（Sorted Set），因?yàn)槭褂?Redis 場(chǎng)景的開(kāi)發(fā)中肯定是無(wú)法避開(kāi)這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的，所以熟練掌握它們也就成了一項(xiàng)必不可少的能力。
字符串類型
字符串是 Red ?is 中的最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們保存到 Redis 中的 key，也就是鍵，就是字符串結(jié)構(gòu)的。除此之外，Redis 中其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也是在字符串的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，可見(jiàn)字符串結(jié)構(gòu)對(duì)于 Redis 是多么重要。
Redis 中的字符串結(jié)構(gòu)可以保存多種數(shù)據(jù)類型，如：簡(jiǎn)單的字符串、JSON、XML、二進(jìn)制等，但有一點(diǎn)要特別注意：在 Redis 中字符串類型的值最大只能保存 512 MB。
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命令
下面通過(guò)命令了解一下對(duì)字符串類型的操作：
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1.設(shè)置值
1 | set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX] |
set 命令有幾個(gè)非必須的選項(xiàng)，下面我們看一下它們的具體說(shuō)明：
EX seconds：為鍵設(shè)置秒級(jí)過(guò)期時(shí)間
PX milliseconds：為鍵設(shè)置毫秒級(jí)過(guò)期時(shí)間
NX：鍵必須不存在，才可以設(shè)置成功，用于添加
XX：鍵必須存在，才可以設(shè)置成功，用于更新
set 命令帶上可選參數(shù) NX 和 XX 在實(shí)際開(kāi)發(fā)中的作用與 setnx 和 setxx 命令相同。我們知道 setnx 命令只有當(dāng)?key 不存在的時(shí)候才能設(shè)置成功，換句話說(shuō)，也就是同一個(gè) key 在執(zhí)行 setnx 命令時(shí)，只能成功一次，并且由于 Redis 的單線程命令處理機(jī)制，即使多個(gè)客戶端同時(shí)執(zhí)行 setnx 命令，也只有一個(gè)客戶端執(zhí)行成功。所以，基于 setnx 這種特性，setnx 命令可以作為分布式鎖的一種解決方案。
而 setxx 命令則可以在安全性比較高的場(chǎng)景中使用，因?yàn)?set 命令執(zhí)行時(shí)，會(huì)執(zhí)行覆蓋的操作，而 setxx 在更新 key 時(shí)可以確保該 key 已經(jīng)存在了，所以為了保證 key 中數(shù)據(jù)類型的正確性，可以使用 setxx 命令。
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2.獲取值
1 | get key |
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3.批量設(shè)置值
1 | mset key value |
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4.批量獲取值
1 | mget key |
如果有些鍵不存在，那么它的值將為 nil，也就是空，并且返回結(jié)果的順序與傳入時(shí)相同。
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5.計(jì)數(shù)
1 | incr key |
incr 命令用于對(duì)值做自增操作，返回的結(jié)果分為 3 種情況：
如果值不是整數(shù)，那么返回的一定是錯(cuò)誤
如果值是整數(shù)，那么返回自增后的結(jié)果
如果鍵不存在，那么就會(huì)創(chuàng)建此鍵，然后按照值為 0 自增， 就是返回 1
除了有 incr 自增命令外，Redis 中還提供了其它對(duì)數(shù)字處理的命令。例如：
1 2 3 4 | decr key 自減 incrby kek increment 自增指定數(shù)字 decrby key decrement 自減指定數(shù)字 incrbyfloat key increment 自增浮點(diǎn)數(shù) |
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6.追加值
1 | append key value |
append 命令可以向字符串尾部追加值。
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7.字符串長(zhǎng)度
1 | strlen key |
由于每個(gè)中文占用 3 個(gè)字節(jié)，所以 jilinwula 這個(gè)鍵，返回是字符串長(zhǎng)度為 12，而不是 4。
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8.設(shè)置并返回原值
1 | getset key value |
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9.設(shè)置指定位置的字符
1 | setrange key offeset value |
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10.獲取部分字符串
1 | getrange key start end |
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時(shí)間復(fù)雜度
在 Redis 中執(zhí)行任何命令時(shí)，都有相應(yīng)的時(shí)間復(fù)雜度，復(fù)雜度越高也就越費(fèi)時(shí)間，所以在執(zhí)行 Redis 中的命令時(shí)，如果要執(zhí)行的命令復(fù)雜度越高，就越要慎重。下面是字符串命令時(shí)間復(fù)雜度類型表：
| 命令 | 時(shí)間復(fù)雜度 |
| set key value | O(1) |
| get key | O(1) |
| del key | O(k) k是鍵的個(gè)數(shù) |
| mset key value | O(k) k是鍵的個(gè)數(shù) |
| mget key | O(k) k是鍵的個(gè)數(shù) |
| incr key | O(1) |
| decr key | O(1) |
| incrby key increment | O(1) |
| decrby keky increment | O(1) |
| incrbyfloat key iincrement | O(1) |
| append key value | O(1) |
| strlen key | O(1) |
| setrange key offset value | O(1) |
| getrange key start end | O(n) n是字符串長(zhǎng)度 |
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內(nèi)部編碼
在 Redis 中字符串類型的內(nèi)部編碼有 3 種：
int：8 個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)整型
embstr：小于等于 39 個(gè)字節(jié)的字符串
raw：大于 39 個(gè)字節(jié)的字符串
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哈希類型
大部分語(yǔ)言基本都提供了哈希類型，如 Java 語(yǔ)言中的 Map 類型及 Python 語(yǔ)言中的字典類型等等。雖然語(yǔ)言不同，但它們基本使用都是一樣的，也就是都是鍵值對(duì)結(jié)構(gòu)的。例如：
1 | value={{field1, value1} |
通過(guò)下圖可以直觀感受一下字符串類型和哈希類型的區(qū)別：
Redis 中哈希類型都是鍵值對(duì)結(jié)構(gòu)的，所以要特別注意這里的 value 并不是指 Redis 中 key 的 value，而是哈希類型中的 field 所對(duì)應(yīng)的 value。
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命令
下面我們還是和介紹字符串類型一樣，了解一下 Redis 中哈希類型的相關(guān)命令。
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1.設(shè)置值
1 | hset key field value |
我們看上圖執(zhí)行的命令知道，hset 命令也是有返回值的。如果 hset 命令設(shè)置成功，則返回 1，否則返回 0。除此之外 Redis 也為哈希類型提供了 hsetnx 命令。在前文對(duì)字符串的介紹中，我們知道 nx 命令只有當(dāng) key 不存在的時(shí)候，才能設(shè)置成功，同樣的，hsetnx 命令在 field 不存在的時(shí)候，才能設(shè)置成功。
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2.獲取值
1 | hget key field |
我們看 hget 命令和 get 有很大的不同，get 命令在獲取的時(shí)候，只要寫(xiě)一個(gè)名字就可以了，而 hget 命令則要寫(xiě)兩個(gè)名字，第一個(gè)名字是 key，第二個(gè)名字是 field。當(dāng)然 key 或者 field 不存在時(shí)，返回的結(jié)果都是 nil。
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3.刪除 field
1 | hdel key field [field ...] |
hdel 命令刪除的時(shí)候，也會(huì)有返回值，并且這個(gè)返回就是成功刪除 field 的個(gè)數(shù)。當(dāng) field 不存在時(shí)，并不會(huì)報(bào)錯(cuò)，而是直接返回 0。
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4.計(jì)算 field 個(gè)數(shù)
1 | hlen key |
hlen 命令返回的就是當(dāng)前 key 中 field 的個(gè)數(shù)，如果 key 不存在，則返回 0。
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5.批量設(shè)置或獲取 field-value
1 2 | hmget key field [field ...] hmset key field value [field value ...] |
hmset 命令和 hmget 命令分別是批量設(shè)置和獲取值的，hmset 命令沒(méi)有什么要注意的，但 hmget 命令要特別注意，當(dāng)我們獲取一個(gè)不存在的 key 或者不存在的 field 時(shí)，Redis 并不會(huì)報(bào)錯(cuò)，而是返回 nil。并且有幾個(gè) field 不存在，則 Redis 返回幾個(gè) nil。
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6.判斷 field 是否存在
1 | hexists key field |
當(dāng)執(zhí)行 hexists 命令時(shí)，如果當(dāng)前 key 包括 field，則返回 1，否則返回 0。
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7.獲取所有 field
1 | hkeys key |
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8.獲取所有 value
1 | hvals key |
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9.獲取所有的 field-value
1 | hgetall key |
hgetall 命令會(huì)返回當(dāng)前 key 中的所有 field-value，并按照順序依次返回。
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10.計(jì)數(shù)
1 2 | hincrby key field increment hincrbyfloat key field increment |
hincrby 命令和 incrby 命令的使用功能基本一樣，都是對(duì)值進(jìn)行增量操作的，唯一不同的就是 incrby 命令的作用域是 key，而 hincrby 命令的作用域則是 field。
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11.計(jì)算 value 的字符串長(zhǎng)度
1 | hstrlen key field |
hstrlen 命令返回的是當(dāng)前 key 中 field 中字符串的長(zhǎng)度，如果當(dāng)前 key 中沒(méi)有 field 則返回 0。
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時(shí)間復(fù)雜度
| 命令 | 時(shí)間復(fù)雜度 |
| hset key field value | O(1) |
| hget key field | O(1) |
| hdel key field [field …] | O(k) ，k是field個(gè)數(shù) |
| hlen key | O(1) |
| hgetall key | O(n) ，n是field總數(shù) |
| hmget key field [field …] | O(k) ，k是field個(gè)數(shù) |
| hmset key field value [field value …] | O(k) ，k是field個(gè)數(shù) |
| hexists key field | O(1) |
| hkeys key | O(n) ，n是field總數(shù) |
| hvals key | O(n) ，n是field總數(shù) |
| hsetnx key field value | O(1) |
| hincrby key field increment | O(1) |
| hincrbyfloat key field increment | O(1) |
| hstrlen key field | O(1) |
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內(nèi)部編碼
Redis 哈希類型的內(nèi)部編碼有兩種，它們分別是：
ziplist（壓縮列表）：當(dāng)哈希類型中元素個(gè)數(shù)小于 hash-max-ziplist-entries 配置（默認(rèn) 512 個(gè)），同時(shí)所有值都小于 hash-max-ziplist-value 配置（默認(rèn) 64 字節(jié)）時(shí)，Redis 會(huì)使用 ziplist 作為哈希的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。
hashtable（哈希表）：當(dāng)上述條件不滿足時(shí)，Redis 則會(huì)采用 hashtable 作為哈希的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。
下面我們通過(guò)以下命令來(lái)演示一下 ziplist 和 hashtable 這兩種內(nèi)部編碼。
當(dāng) field 個(gè)數(shù)比較少并且 value 也不是很大時(shí)候 Redis 哈希類型的內(nèi)部編碼為 ziplist：
當(dāng) value 中的字節(jié)數(shù)大于 64 字節(jié)時(shí)（可以通過(guò) hash-max-ziplist-value 設(shè)置），內(nèi)部編碼會(huì)由 ziplist 變成 hashtable。
當(dāng) field 個(gè)數(shù)超過(guò) 512（可以通過(guò) hash-max-ziplist-entries 參數(shù)設(shè)置），內(nèi)部編碼也會(huì)由 ziplist 變成 hashtable。
由于直接手動(dòng)創(chuàng)建 512 個(gè) field 不方便，為了更好的驗(yàn)證該功能，我將用程序的方式，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建 512 個(gè) field 來(lái)驗(yàn)證此功能，下面為具體的代碼：
1 2 3 4 5 6 7 8 | import redis r = redis.Redis(host='127.0.0.1', port=6379) print('Key為【userinfo】的字節(jié)編碼為【%s】' % r.object('encoding', 'userinfo').decode('utf-8')) for i in range(1,513):???? ????r.hset('userinfo', i, '吉林烏拉') print('Key為【userinfo】的字節(jié)編碼為【%s】' % r.object('encoding', 'userinfo').decode('utf-8')) Key為【userinfo】的字節(jié)編碼為【ziplist】 Key為【userinfo】的字節(jié)編碼為【hashtable】 |
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列表類型
Redis 中列表類型可以簡(jiǎn)單地理解為存儲(chǔ)多個(gè)有序字符串的一種新類型，這種類型除了字符串類型中已有的功能外，還提供了其它功能，如可以對(duì)列表的兩端插入和彈出元素（在列表中的字符串都可以稱之為元素），除此之外還可以獲取指定的元素列表，并且還可以通過(guò)索引下標(biāo)獲取指定元素等等。下面我們通過(guò)下圖來(lái)看一下 Redis 中列表類型的插入和彈出操作：
下面我們看一下 Redis 中列表類型的獲取與刪除操作：
Redis 列表類型的特點(diǎn)如下：
列表中所有的元素都是有序的，所以它們是可以通過(guò)索引獲取的，也就是上圖中的 lindex 命令。并且在 Redis 中列表類型的索引是從 0 開(kāi)始的。
列表中的元素是可以重復(fù)的，也就是說(shuō)在 Redis 列表類型中，可以保存同名元素，如下圖所示：
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