前言
Redis作爲應用最廣泛的K-V數據庫，包含了豐富的數據類型。這裏所說的數據類型，其實是指V的數據類型。
Redis的數據類型大致分爲以下幾類：String、Hash、List、Set、Sorted Set、HyperLogLog、Geo。
本篇主要講解前五種常用的數據類型，在講解數據類型之前，先看一下Redis相關的幫助命令。學會使用這些命令，能夠幫我們快速的瞭解Redis
前置命令
啓動Redis客戶端
./redis-cli
啓動成功後，測試Redis是否可用
127.0.0.1:6379> ping
PONG
獲取幫助
直接輸入help指令，會出現如下提示
127.0.0.1:6379> help
redis-cli 5.0.8
To get help about Redis commands type:
"help @<group>" to get a list of commands in <group>
"help <command>" for help on <command>
"help <tab>" to get a list of possible help topics
"quit" to exit
To set redis-cli preferences:
":set hints" enable online hints
":set nohints" disable online hints
Set your preferences in ~/.redisclirc
根據提示可以知道輸入help @<group>可以獲取group中的命令列表。例如要查詢一些通用命令，操作如下（僅列出部分命令）
127.0.0.1:6379> help @generic
DEL key [key ...]
summary: Delete a key
since: 1.0.0
DUMP key
summary: Return a serialized version of the value stored at the specified key.
since: 2.6.0
EXISTS key [key ...]
summary: Determine if a key exists
since: 1.0.0
EXPIRE key seconds
summary: Set a key's time to live in seconds
since: 1.0.0
......
如果不知道有哪些group，可以直接輸入help @然後按tab鍵，就可以自動補全group的名稱
輸入help <command>可以直接獲取對應命令的幫助，例如要獲取keys指令的幫助，可以輸入
127.0.0.1:6379> help keys
KEYS pattern
summary: Find all keys matching the given pattern
since: 1.0.0
group: generic
查看類型
使用命令
type key
可以查看key對應value的類型
127.0.0.1:6379> set hello world
OK
127.0.0.1:6379> type hello
string
數據類型
string
Redis的string類型是對外的類型，對內會根據不同的值採取不同的編碼方式。普通的短字符串會用embstr的方式進行編碼，如果是數值類型，會用int進行編碼，如果是長字符串（44個字節爲界），會採用raw的方式進行編碼。
命令OBJECT可以查看Redis內部對數據的處理，例如查看數據的編碼
127.0.0.1:6379> set xx abcd
OK
127.0.0.1:6379> set yy 1234
OK
127.0.0.1:6379> set zz abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrs
OK
127.0.0.1:6379> type xx
string
127.0.0.1:6379> type yy
string
127.0.0.1:6379> type zz
string
127.0.0.1:6379> object encoding xx
"embstr"
127.0.0.1:6379> object encoding yy
"int"
127.0.0.1:6379> object encoding zz
"raw"
根據執行結果可以看出xx、yy、zz的類型都是string，但是內部編碼不一樣。
string最Redis基本的數據類型，Redis沒有直接使用C語言傳統的字符串表示方法（以空字符結尾的字符數組），而是自己構建了簡單動態字符串（Simple Dynamic string， SDS），並將SDS作爲Redis默認字符串表示。string是二進制安全的，可以包含任意類型的數據，最大爲512MB。定義的結構體如下：
struct sdshdr {
int len; // 記錄buf數組大小
int free; // 記錄buf數組還有多少可用空間
char buf[]; // 字符串實體，保存字符串的內容
};
因爲有了對字符串長度定義len，所以在處理字符串時候不會以零值字節(\0)爲字符串結尾標誌。
二進制安全就是輸入任何字節都能正確處理，即使包含零值字節。
由於string類型的數據都是按照二進制存儲的，所以Redis還提供了一些按位（bit）來操作string數據的命令，如下所示（僅列出與bit操作相關命令）
127.0.0.1:6379> help @string
BITCOUNT key [start end]
summary: Count set bits in a string
since: 2.6.0
BITFIELD key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offset increment] [OVERFLOW WRAP|SAT|FAIL]
summary: Perform arbitrary bitfield integer operations on strings
since: 3.2.0
BITOP operation destkey key [key ...]
summary: Perform bitwise operations between strings
since: 2.6.0
BITPOS key bit [start] [end]
summary: Find first bit set or clear in a string
since: 2.8.7
GETBIT key offset
summary: Returns the bit value at offset in the string value stored at key
since: 2.2.0
SETBIT key offset value
summary: Sets or clears the bit at offset in the string value stored at key
since: 2.2.0
首先看下SETBIT命令，該命令的作用是給key對應的值的偏移（offset）設置一個bit的值，先來看下使用方式
127.0.0.1:6379> setbit hello 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get hello
"@"
127.0.0.1:6379> strlen hello
(integer) 1
setbit hello 1 1命令就是在offerset爲1的bit處，把值設置成1（因爲是二進制，所以只能設置成0或者1）。01000000轉換成10進制是64，64是ASCII碼，對應的字符正是@符號（Linux命令man ascii可以查看ascii碼錶）
接着繼續操作
127.0.0.1:6379> setbit hello 9 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit hello 14 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get hello
"@B"
127.0.0.1:6379> strlen hello
(integer) 2
setbit hello 9 1
setbit hello 14 1
這兩條命令分別在offerset爲9和14的地方把值改成了1，由於超過了一個byte的位數，所以需要兩個byte。兩個byte分別代表ASCII值的64和66，也就是@和B。
理解了setbit，自然就理解了getbit，此處不再贅述。
再看下BITPOS命令，該命令描述如下
BITPOS key bit [start] [end]
summary: Find first bit set or clear in a string
since: 2.8.7
這個命令的作用是查找二進制的某個值（只能是0或者1），在[start, end]區間第一次出現的位置，這個start和end都是以字節爲單位（比如[1, 2]是指在第二個字節和第三個字節中查找，從0開始計數），具體使用方式如下（繼續上面的操作）
127.0.0.1:6379> bitpos hello 1 0 0
(integer) 1
127.0.0.1:6379> bitpos hello 1 1 1
(integer) 9
bitpos hello 1 0 0表示在hello這個key對應的value中的第0個字節到第0個字節（也就是隻查找第0個字節）查找二進制數1。還是看這張圖
第0個字節就是01000000，查找1所在的位置，偏移量就是1（從0開始）。而bitpos hello 1 1 1是在第1個字節中查找二進制1，偏移量就是9。
接着再看BITCOUNT命令，該命令描述如下
BITCOUNT key [start end]
summary: Count set bits in a string
since: 2.6.0
這個命令的作用就是統計某個key對應的value的指定字節範圍內，二進制1出現的次數，start和end都是以字節（byte）爲單位。具體使用如下（繼續上面的操作）
127.0.0.1:6379> bitcount hello 0 0
(integer) 1
127.0.0.1:6379> bitcount hello 0 1
(integer) 3
127.0.0.1:6379> bitcount hello 1 1
(integer) 2
二進制1，在第0個字節出現了1次，在第0個和第1個字節出現了3次，在第1個字節出現了2次。所以結果分別是1、3、2。
以上幾個關於bit操作的命令都是操作一個key的，接下來再看可以操作多個key的BITOP，該命令描述如下
BITOP operation destkey key [key ...]
summary: Perform bitwise operations between strings
since: 2.6.0
改命令的作用就是在多個key之間進行位運算
127.0.0.1:6379> setbit xx 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit xx 2 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit yy 1 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setbit yy 3 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get xx
"`"
127.0.0.1:6379> get yy
"P"
127.0.0.1:6379> bitop and andkey xx yy
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get andkey
"@"
127.0.0.1:6379> bitop or orkey xx yy
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get orkey
"p"
首先根據前面關於SETBIT的知識可以知道，四條SETBIT命令執行完成後，xx和yy對應的值的二進制分別可以表示成如下形式
bitop and andkey xx yy命令會把這兩個值進行按位與操作，並把結果賦值給andkey。
bitop or orkey xx yy命令會把這兩個值進行按位或操作，並把結果賦值給orkey。
圖解過程如下
根據圖示可以知道addkey和orkey的值分別爲01000000和01110000，轉換成十進制分別是64和112。再根據ASCII碼錶就可以知道分別代表@和小寫字母p。
list
list是有序可重複列表的意思，底層採用雙向鏈表實現，結構如下
瞭解了內部結構，再來看list相關的命令就簡單了。list相關的命令可以分爲幾類，利用這些命令，可以用list來實現棧（stack）、隊列（queue）、阻塞隊列（blocking queue）、數組（array）等結構
首先來實現棧
127.0.0.1:6379> lpush hello a b c d
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
1) "d"
2) "c"
3) "b"
4) "a"
127.0.0.1:6379> lpop hello
"d"
127.0.0.1:6379> lpop hello
"c"
127.0.0.1:6379> lpop hello
"b"
127.0.0.1:6379> lpop hello
"a"
lpush hello a b c d表示向以hello爲key的list中依次放入a、b、c、d四個元素。
lrange hello 0 -1表示打印出hello中的所有元素，0表示從第一個元素開始，-1表示最後一個元素。因爲Redis是支持負索引的，-1表示最後一個元素，-2表示倒數第二個元素，依次類推。放入元素的順序是a、b、c、d，四個元素均是從左邊放入，相當於都是用的頭插法。四個元素插入完成後，結構應該如圖所示
lpop hello表示彈出hello左邊的第一個元素，所以彈出的順序依次爲d、c、b、a。因爲插入的順序是abcd，而彈出的順序是dcba，這樣就實現了棧（stack）的功能。利用rpush和rpop也是同理，不過rpush使用的是尾插法。
接下來實現隊列（queue）的功能
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
(empty list or set)
127.0.0.1:6379> lpush hello a b c d
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
1) "d"
2) "c"
3) "b"
4) "a"
127.0.0.1:6379> rpop hello
"a"
127.0.0.1:6379> rpop hello
"b"
127.0.0.1:6379> rpop hello
"c"
127.0.0.1:6379> rpop hello
"d"
可以看到元素進入的順序是abcd，彈出的順序也是abcd。利用lpush和rpop就實現了類似隊列先進先出（FIFO）的功能，同理利用rpush和lpop也能實現先進先出（FIFO）的功能。
另外，list還提供了三個阻塞式的命令
127.0.0.1:6379> help @list
BLPOP key [key ...] timeout
summary: Remove and get the first element in a list, or block until one is available
since: 2.0.0
BRPOP key [key ...] timeout
summary: Remove and get the last element in a list, or block until one is available
since: 2.0.0
BRPOPLPUSH source destination timeout
summary: Pop a value from a list, push it to another list and return it; or block until one is available
since: 2.2.0
操作和之前的命令一樣，只是當沒有可用元素時，會被阻塞。
除此之外，list還提供了一系列關於索引的操作
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
(empty list or set)
127.0.0.1:6379> lpush hello a b c d
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
1) "d"
2) "c"
3) "b"
4) "a"
127.0.0.1:6379> lindex hello 1
"c"
127.0.0.1:6379> lset hello 0 x
OK
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
1) "x"
2) "c"
3) "b"
4) "a"
127.0.0.1:6379> linsert hello after c y
(integer) 5
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
1) "x"
2) "c"
3) "y"
4) "b"
5) "a"
127.0.0.1:6379> llen hello
(integer) 5
lindex hello 1查看下標爲1的值
lset hello 0 x把下標爲0的值改爲x
linsert hello after c y在元素c的後面插入元素y
llen hello查看list的長度
除此之外，list還提供了刪除命令lrem和ltrim
127.0.0.1:6379> lpush hello a b a c a b
(integer) 6
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
1) "b"
2) "a"
3) "c"
4) "a"
5) "b"
6) "a"
127.0.0.1:6379> lrem hello 2 a
(integer) 2
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
1) "b"
2) "c"
3) "b"
4) "a"
127.0.0.1:6379> ltrim hello 1 -2
OK
127.0.0.1:6379> lrange hello 0 -1
1) "c"
2) "b"
lrem hello 2 a是從左向右刪除2個a元素
ltrim hello 1 -2是刪除索引小於1或者索引大於-2的所有元素，即只保留中間部分，刪除首尾數據。
hash
redis中的hash類型主要用來存儲一些類似對象的結構，常用操作如下
127.0.0.1:6379> hset student name sicimike
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hmset student id 1001 age 18
OK
127.0.0.1:6379> hget student id
"1001"
127.0.0.1:6379> hmget student name age
1) "sicimike"
2) "18"
hset指令用於往key對應的value（student對象）插入一個屬性和值，hmset用於同時插入多個
hget用於獲取student對象中的某個屬性值，hmget表示同時獲取多個
127.0.0.1:6379> hkeys student
1) "name"
2) "id"
3) "age"
127.0.0.1:6379> hvals student
1) "sicimike"
2) "1001"
3) "18"
127.0.0.1:6379> hgetall student
1) "name"
2) "sicimike"
3) "id"
4) "1001"
5) "age"
6) "18"
hkeys、hvals和hgetall分別表示獲取student對象的所有屬性名稱、所有屬性的值、所以屬性名稱和值。
127.0.0.1:6379> hincrby student age 2
(integer) 20
127.0.0.1:6379> hget student age
"20"
127.0.0.1:6379> hincrby student age -2
(integer) 18
127.0.0.1:6379> hget student age
"18"
hincrby用來給student對象的某個屬性值加上指定的值，如果加上的是負數，相當於減法。
set
set是無序不重複的集合，和java集合中的Set差不多，常用操作如下
127.0.0.1:6379> sadd key1 a b a c d
(integer) 4
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key1
1) "d"
2) "b"
3) "a"
4) "c"
sadd用於往集合中添加元素，支持同時添加多個
smembers用於返回集合中的所有元素
127.0.0.1:6379> srem key1 a c
(integer) 2
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key1
1) "d"
2) "b"
srem用於從集合中刪除指定元素
以上的操作都是針對一個set集合的，下面是關於多個集合的求交集、並集、差集。
127.0.0.1:6379> sadd key2 a b c d e
(integer) 5
127.0.0.1:6379> sadd key3 c d e f g
(integer) 5
127.0.0.1:6379> SINTER key2 key3
1) "d"
2) "c"
3) "e"
127.0.0.1:6379> SINTERSTORE destkey key2 key3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> SMEMBERS destkey
1) "d"
2) "c"
3) "e"
127.0.0.1:6379> SUNION key2 key3
1) "b"
2) "c"
3) "g"
4) "e"
5) "d"
6) "a"
7) "f"
SINTER、SINTERSTORE兩個指令都是求多個集合的交集，不同的是前者會把結果集直接返回給客戶端，後者會把結果集存入指定的key。
SUNION是求多個集合的並集
127.0.0.1:6379> sdiff key2 key3
1) "a"
2) "b"
127.0.0.1:6379> sdiff key3 key2
1) "f"
2) "g"
sdiff命令用於求多個集合的差集，差集是有方向的，key的順序就代表了方向。所以sdiff key2 key3和sdiff key3 key2結果不一樣。
除了以上的命令，set還提供了兩個獲取隨機元素的命令SRANDMEMBER和SPOP
先看SRANDMEMBER的命令描述
127.0.0.1:6379> help SRANDMEMBER
SRANDMEMBER key [count]
summary: Get one or multiple random members from a set
since: 1.0.0
group: set
命令的作用是從set中獲取一個或多個隨機元素，先來看下相關的操作
127.0.0.1:6379> sadd key4 a b c d e f g
(integer) 7
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key4
1) "b"
2) "c"
3) "g"
4) "e"
5) "a"
6) "d"
7) "f"
往set中放入7個元素。
127.0.0.1:6379> SRANDMEMBER key4 5
1) "c"
2) "g"
3) "d"
4) "a"
5) "f"
SRANDMEMBER key4 5表示從7個元素中隨機取出5個，不允許重複。
127.0.0.1:6379> SRANDMEMBER key4 10
1) "e"
2) "g"
3) "b"
4) "c"
5) "d"
6) "a"
7) "f"
SRANDMEMBER key4 10表示從7個元素中取出10個，不允許重複。因爲set中只有7個元素，所以結果只能取出7個。
127.0.0.1:6379> SRANDMEMBER key4 -5
1) "b"
2) "b"
3) "a"
4) "b"
5) "d"
SRANDMEMBER key4 -5表示從7個元素中隨機取出5個，允許重複，也就說負數代表允許重複。
127.0.0.1:6379> SRANDMEMBER key4 -10
1) "c"
2) "d"
3) "f"
4) "e"
5) "d"
6) "f"
7) "b"
8) "c"
9) "b"
10) "f"
SRANDMEMBER key4 -10表示從7個元素中取出10個，允許重複。因爲允許重複，所以可以取出10個。
127.0.0.1:6379> SRANDMEMBER key4 0
(empty list or set)
SRANDMEMBER key4 0表示從set中取出0個元素
再來看SPOP命令，先看SPOP的命令描述
127.0.0.1:6379> help spop
SPOP key [count]
summary: Remove and return one or multiple random members from a set
since: 1.0.0
group: set
SPOP命令可以從set中刪除並返回一個或多個隨機元素
127.0.0.1:6379> sadd key4 a b c d e f g
(integer) 7
127.0.0.1:6379> spop key4
"b"
127.0.0.1:6379> spop key4 2
1) "f"
2) "c"
127.0.0.1:6379> spop key4 0
(empty list or set)
127.0.0.1:6379> spop key4 -2
(error) ERR index out of range
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key4
1) "g"
2) "e"
3) "a"
4) "d"
從執行結果來看，確實可以刪除並返回一個或多個隨機元素，並且不支持負數。
sorted_set
除了無序不重複的集合set外，redis還提供了有序不重複的集合sorted_set。sorted_set在添加元素的時候，需要給每個元素設置一個score，這個數值的大小就是元素的排序的依據。下面是關於sorted_set的操作
127.0.0.1:6379> zadd key1 9 zhangsan 4 lisi 7 wangwu
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zrange key1 0 -1
1) "lisi"
2) "wangwu"
3) "zhangsan"
127.0.0.1:6379> zrange key1 0 -1 withscores
1) "lisi"
2) "4"
3) "wangwu"
4) "7"
5) "zhangsan"
6) "9"
zadd用於往sorted_set中添加元素
zrange key1 0 -1表示查看所有元素（按照score升序）
zrange key1 0 -1 withscores表示查看所有元素，並且顯示對應的score
127.0.0.1:6379> ZREVRANGE key1 0 1
1) "zhangsan"
2) "wangwu"
127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE key1 7 9
1) "wangwu"
2) "zhangsan"
ZREVRANGE key1 0 1命令用於輸出score最高的兩個元素，是按照score降序的。因爲ZREVRANGE是反向遍歷的，且不會改變sorted_set的結構。
ZRANGEBYSCORE key1 7 9命令用於輸出score大於等於7，且小於等於9的元素
127.0.0.1:6379> zscore key1 lisi
"4"
127.0.0.1:6379> zrank key1 lisi
(integer) 0
127.0.0.1:6379> ZINCRBY key1 2 lisi
"6"
127.0.0.1:6379> zrange key1 0 -1 withscores
1) "lisi"
2) "6"
3) "wangwu"
4) "7"
5) "zhangsan"
6) "9"
zscore命令獲取元素的score
zrank命令獲取元素的排名（score遞增的排名）
ZINCRBY命令給某個元素的score加上指定的值。
以上的命令都是操作單個的sorted_set，除此之外redis還提供了操作多個sorted_set的命令ZUNIONSTORE，先看下命令描述
127.0.0.1:6379> help ZUNIONSTORE
ZUNIONSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight] [AGGREGATE SUM|MIN|MAX]
summary: Add multiple sorted sets and store the resulting sorted set in a new key
since: 2.0.0
group: sorted_set
這個命令就是給多個sorted_set求並集。set的並集很好理解，但是sorted_set涉及到score，求並集時應該怎麼處理呢？先看具體的操作
127.0.0.1:6379> zadd key2 30 zhangsan 70 lisi 40 wangwu
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zadd key3 40 zhangsan 60 lisi 50 zhaoliu
(integer) 3
127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE destkey 2 key2 key3
(integer) 4
127.0.0.1:6379> zrange destkey 0 -1 withscores
1) "wangwu"
2) "40"
3) "zhaoliu"
4) "50"
5) "zhangsan"
6) "70"
7) "lisi"
8) "130"
wangwu在key4中沒有，zhaoliu在key3中沒有，求並集之後會直接放入並集destkey中。對於兩個集合都有的zhangsan和lisi，求並集之後，是把他們的score的和放入並集destkey中。
127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE destkey 2 key2 key3 weights 2 0.5 aggregate sum
(integer) 4
127.0.0.1:6379> zrange destkey 0 -1 withscores
1) "zhaoliu"
2) "25"
3) "wangwu"
4) "80"
5) "zhangsan"
6) "80"
7) "lisi"
8) "170"
此處求交集，相比上一條命令，多個weights 2 0.5和aggregate sum。其中aggregate sum就是把兩個集合中相同元素的score相加，只是第一條指令省略了aggregate sum。
該條命令的含義如圖所示。
127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE destkey 2 key2 key3 aggregate min
(integer) 4
127.0.0.1:6379> zrange destkey 0 -1 withscores
1) "zhangsan"
2) "30"
3) "wangwu"
4) "40"
5) "zhaoliu"
6) "50"
7) "lisi"
8) "60"
理解了上面那條指令，這條也就不難理解了，只是把score求和變成了取最小的score。
sorted_set常用於各種排行榜的實現，無論是排序還是查找sorted_set都非常高效。這種高效得益於底層的數據結構。
sorted_set底層採用跳錶（skip list）實現。跳錶插入、刪除、查找操作的時間複雜度是O(logN)。跳錶的基本結構如圖所示
跳錶的實現是基於有序鏈表，改進的地方在於跳錶除了保存了原始的鏈表，還在鏈表上加了多層類似索引的結構。這樣使得對鏈表的操作不需要一個節點一個節點的遍歷。
總結
本篇主要講解了redis五種常用的數據類型，以及部分類型的底層結構。理解redis數據類型，是用好redis的必要條件。
除了常用的五種類型外，redis還提供了hyperloglog和geo兩種類型，分別用來做基數統計和地理信息相關的操作。
參考
- https://www.zhihu.com/question/28705562
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/53975333