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1. 前言
Redis不是簡單的鍵值存儲，它實際上是一個數據結構服務器，支持不同類型的值。在傳統鍵值存儲中，鍵和值都是字符串，而在Redis中，值不僅限於簡單的字符串，還可以容納更復雜的數據結構。
2. Redis的數據類型
Redis中的鍵
Redis的鍵是二進制安全的，這意味着您可以使用任何二進制序列作爲鍵，從“ foo”之類的字符串到JPEG文件的內容。 空字符串也是有效的鍵。
需要注意的是：
- 儘量不要使用過長的鍵。例如，一個1024字節的鍵會佔用較大的內存，而且在比較鍵的過程中代價更高。更好的方法是，將該值hash之後再作爲鍵。
- 儘量不要使用過短的鍵。儘管較短的鍵佔用更少的內存，但是可讀性更差。例如： “user:1000:followers” 比 “u1000flw” 作爲鍵更合適。
- 鍵的模式最好保持一致。 例如，“ object-type:id”是一個好主意，例如“ user:1000”。 點或破折號通常用於多詞字段，例如“ comment: 1234:reply.to”或“ comment: 1234:reply-to”。
鍵的大小不能超過512 MB。
2.1 String
Redis 中最簡單的數據類型就是 String 了，而它也是 Memcached 中唯一的數據類型。
由於Redis 中的鍵都是 String 類型的，當值也是 String 時，其實就是將一個 String 映射到另一個 String 。
值的最大值不能超過512MB。
String類型是二進制安全的，表示redis 的 string 可以包含任何數據。如數字，字符串，jpg圖片或者序列化的對象。
# 如果原來的key已經存在了，那麼再使用set會給key設置一個新的值。
set 鍵 值
get 鍵
# 該鍵的值加1（原子性遞增），將原鍵的值解析爲一個整數，然後加1，將加1後的結果SET爲該鍵的新值
incr 鍵
# 在原來鍵的值得基礎上，追加數據
append 鍵 "append value"
# 獲取字符串的值得分片, [start, end]
getrange 鍵 start end
# 設置字符串的值的分片，從索引爲start開始 用新值開始替換
setrange 鍵 start 新值
INCR, DECR, INCRBY 是原子性操作，也就是說不會類似多線程的現象。例如，多線程中，A和B同時讓共享變量x(值爲10）加1，結果可能會是11，而不是12，而兩個 redis-cli 同時使用incr對某鍵加1，最終的結果一定是12。
1條命令 SET 或 GET 多個鍵的值。
mset key1 value1 key2 value2 key3 value3
mget key1 key2 key3
# EXISTS返回1或者0作爲信號，表示該鍵是否存在
exists 鍵
# DEL刪除指定鍵和其值
del 鍵
mget的返回值是一個數組。
2.2 Lists
Redis 中的 lists 是通過雙端鏈表實現的。這意味着不管 list 中的元素有多少，在列頭和列尾添加一個新元素都能在常數時間，即O(1)，內完成。lists 中的元素都是字符串。
1個 Redis list 的最大長度限制爲 232 - 1
之所以使用鏈表實現，就是因爲常常需要在較短時間內從很長很長的 list 中添加或刪除元素（頭、尾都行）。
還有一個優點是，Redis 中的 Lists 在常數時間，即O(1)，內獲取固定長度的list。
但是缺點是獲取元素比數組實現的 list 要慢，尤其是獲取中間的元素，這是一個O(N)操作。
# 添加一個新元素或多個元素到列頭
lpush list名 值
lpush list名 值1 值2 值3
# 添加一個新元素或多個元素到列尾
rpush list名 值
rpush list名 值1 值2 值3
# 從列表中獲取一定範圍的數據，[start, end]
lrange list名 start end
# 返回list中的所有元素
lrange list名 0 -1
# 彈出（獲取+刪除）list中的元素
# 從列頭刪除1個元素
lpop list名
# 從列尾刪除1個元素
rpop list名
需要注意的是LRANGE命令中，[start, end]區間兩邊都是閉合的。
使用LPOP或者RPOP刪除list中元素，若list已經爲空，則返回值是NULL。
常見用例
- 記錄用戶發佈到社交網絡上的最近更新。
生產者-消費者模式。生產者生產消息並寫入list中，消費者消費消息。
舉個例子，假設你的微博主頁顯示了你發佈的一些最新照片，並且你希望主頁的訪問速度要儘可能的快。利用 Redis 中的 list 來實現：
- 每次用戶發佈新照片時，我們都會使用
LPUSH將其照片id添加到list中。 - 當用戶訪問主頁時，我們使用
LRANGE 0 9來獲取最新發布的10個照片。
Capped lists
在許多情況，我們只是想使用Redis中的list來存儲最新的數據，不管這些數據是社交網絡更新數據、日誌數據還是其它什麼數據。
只記錄最新的N個數據，使用LTRIM丟棄所有舊的數據。LTRIM命令指定一個範圍，這個範圍之外的元素都會被刪掉。
# 向某list中寫入5個元素
rpush list名 1 2 3 4 5
# 設置最新值的範圍是[0, 2],兩邊都是閉合的，所以有3個元素
ltrim list名 0 2
# 展示該list中的所有元素
lrange list名 0 -1
# Redis中的Sorted sets
在Redis中獲取集合中間某部分的元素是很常見的，這就需要使用Sorted sets。
list的阻塞操作
用Redis中的list 實現隊列非常合適，這是因爲list有一個特性：阻塞操作，並且通常用作進程間通信系統的構建塊。
- 生產者調用
LPUSH命令推送一些數據到list中 - 消費者調用
RPOP從該list中抽取/處理這些數據
但是，有時list可能爲空（沒有任何要處理的數據），因此RPOP會返回NULL。 在這種情況下，消費者被迫等待一段時間，然後使用RPOP重試。這被稱爲輪詢，在這種情形有幾個缺點：
Redis和clients會處理這些讀命令，但這並有什麼卵用，因爲壓根就沒有數據了。- 由於添加了數據處理的延遲，當1個消費者獲取到一個
NULL後，會縮短延遲的時間，這樣會導致更多無用命令的調用。
Redis使用BRPOP和BLPOP可以解決上述問題。BRPOP和BLPOP是RPOP和LPOP的阻塞版本，當list是空的之後，會阻塞獲取數據。僅當將新元素添加到list中或達到用戶指定的超時時間了，它們纔會返回結果給調用方。
可以同時等待多個list
# 意思是等待該list中的元素，但如果5秒鐘後沒有可用元素，則返回
brpop list名 5
# 等待時間設置爲0s，表示永遠等待
brpop list名 0
-clients 按照順序享受服務。當該list中有可用元素之後，會優先服務第一個阻塞的客戶端。
- 返回值與
RPOP相比有所不同。BRPOP的返回值是一個數組，由鍵名和值，因爲BRPOP和BLPOP能夠同時等待多個list，所以需要指明list名。 - 如果超時了，則會返回
NULL。
自動創建和刪除鍵
我們不必去創建空list，只需要向該list中添加元素即可。我們也不用移除空list，這些都是Redis自己的工作。Streams, Sets, Sorted Sets 和 Hashes 也是這樣。
- 當我們添加元素到一個
聚合數據類型（Streams，Sets，Sorted Sets和Hashes），如果該鍵並不存在，則Redis會先建一個空的該聚合數據類型作爲鍵，然後將元素添加進去。
![在這裏插入圖片描述]()
- 當我們從一個聚合數據類型中刪除了最後一個元素之後，
Redis會自動刪除該鍵。Stream數據類型是個例外。
![在這裏插入圖片描述]()
- 對一個空的
list調用只讀命令（如LLEN，返回list的長度）或者寫命令移除元素時，效果如下。
![在這裏插入圖片描述]()
2.3 Hashes
Redis 哈希是字符串字段和字符串值之間的映射，1個 hash 常用來表示1個對象（可以有許多 field 和 對應的 value）下面的例子中，鍵是"user:1000"，剩下是一對一對的字段和值。
每一個hash 可以存儲 232 -1 個 field/value 對。
# 爲某hash鍵設置字段的值
hmset 鍵 field1 value1 field2 value2
# 獲取該hash鍵的某一個字段的值
hget 鍵 field1
hget 鍵 field2
# 獲取該hash鍵的多個字段的值，返回的是一個數組
hmget 鍵 field1 field3 field2
# 獲取該hash鍵的所有字段和其值
hgetall 鍵
# 有些命令可以單獨在hash鍵的某字段上進行操作，如HINCRBY（理解爲h-incr-by）
hincrby 鍵 field1 10 # 讓該hash鍵的field1字段的值加10
需要注意的是，比較值比較小的hashes使用了特殊的編碼方式，使得其在內存中的存儲效率更高。
2.4 Sets
集合類型也是用來保存多個字符串的元素，可以理解成python中的set。具有以下特性：
- 沒有重複的元素
- 集合中的元素是無序的，不能通過索引下標獲取元素
- 支持集合間的操作，可以取多個集合取交集、並集、差集
Redis 中的 Sets 是字符串的無序集合。它支持集合間的操作（交集、並集、差集）和成員檢查等操作。
1個 Redis set 的最大長度限制爲 232 - 1
常見用例
- 跟蹤指定博客的所有IP地址，會自動去重。
Redis sets可以很好的表示某些關係。用set來表示每一個tag- 可以從 set 中獲取隨機元素。
# 向set中添加一個或多個新元素
sadd set名 value1 value2 value3
# 查看某set鍵中的所有元素
smembers set名
# 判斷某元素是否在該set中
sismember set名 value
# 求交集
sinter set名1 set名2 set名3
# 求並集
sunion set名1 set名2 set名3
sunionstore 新set名 set名1 set名2 # 將幾個set的並集存到一個新的set
# 求差集
# 彈出集合中隨機一個元素
spop set名
# 獲取集合中隨機一個元素但是不刪除
srandmember set名
# 集合的基數，即集合中元素數量
scard set名
例如，打標籤。
# 表示給id爲1000的新聞文章打了標籤號爲1，2，5,77的標籤。
sadd news:1000:tags 1 2 5 77
# 也可以反過來，記錄該標籤標記了哪些新聞文章
sadd tag:1:news 1000
sadd tag:2:news 1000
sadd tag:5:news 1000
sadd tag:77news 1000
2.5 Sorted Sets
Sorted Sets 即有序的set。這個有序是通過給每個元素關聯一個名爲score的浮點數來實現的，score 是可以相同的，也就是score可以重複。
排序規則如下：
- A和B是兩個不同score的元素，如果A.score > B.score，則A > B
- 如果A和B的score相同，比較A和B的字符串大小，若A的字符串大於B，則A > B
Sorted set的特點可以簡單總結爲：添加、刪除、更新快，元素有序，成員檢查快，獲取中間元素快。
更新分數只需要zadd爲該元素設置新的score即可，但是在更新score之後，Sorted set需要O(log(N)的時間複雜度進行重新排序。因此，當有大量更新時，使用sorted set是一個合適的選擇。
# 給某Sorted set添加一個或多個元素
zadd zset名 score1 value1 score2 value2 score3 value3
# 查看某Sorted set中的所有元素，分數從小到大
zrange zset名 0 -1
# 查看某Sorted set中的所有元素，分數從大到小
zrevrange zset名 0 -1
# 使用withscores返回元素的同時也返回其分數
zrange zset名 0 -1 withscores
############# 範圍操作 #############################
# 返回score在[負無窮,100] 左右區間都包括，這個範圍的元素
zrangebyscore zset名 -inf 100
zrangebyscore zset名 100 +inf # [100, +inf]
# 移除某範圍[start, end] 左右區間都包括，的元素，並返回
zremrangebyscore zset名 start end
# 獲得值爲value的元素在該sorted set中的排名
zrank zset名 value
zrevrank zset名 value # 逆序的排名
############# 按字典順序(字符串大小順序)獲取範圍 #############################
# 當分數都相同時，按照字符串的大小順序有序。
zrangebylex zset名 min max
zrevrangebylex zset名 min max
zremrangebylex zset名 min max
zlexcount zset名 min max
常見用例
- 大型在線遊戲的排行榜。使用
ZADD可以很容易地更新用戶的score，還可以用ZRANGE獲取排名前幾的用戶，用ZRANK獲取某用戶的排名。 - 索引數據。比如，我有很多代表用戶的
hash，那麼可以將用戶的ID作爲Sorted set的值，用戶的年齡作爲Sorted set的score。然後使用ZRANGEBYSCORE就可以快速獲取指定年齡範圍的用戶了。
2.6 Bitmaps
位圖。並不是一種實際的數據類型，而是在String類型上定義的一組面向位的操作。
位操作分爲兩類：常數時間的單個位操作（如將一個位設置爲1或0或獲取其值），以及對一組位的操作，例如，計算給定位範圍內位爲1或者0的數量 （例如，人口計數）。
位圖的最大優點之一是，它們在存儲信息時通常可以節省大量空間。 例如，在以增量用戶ID表示不同用戶的系統中，僅使用512 MB內存就可以記住40億用戶的一位信息（例如，知道用戶是否要接收新聞通訊）。
如果設置或者獲取的位數超過了當前String的長度，那麼Redis會自動擴大該String的長度。
########### 單個位上的操作 #######################
setbit 某key 第幾位 值 # 例如: setbit mykey 10 1. 意思第10位設爲1
# 這是該key第10位的值爲1
setbit 某key 10 1
# 獲取第10位的值
getbit 某key 10
# 因爲第11位沒有設置，所以是0
getbit 某key 11
########### 多個位上的操作 #######################
# 在不同String上，實現按位運算，如AND OR XOR NOT操作
# 對一個或多個保存二進制位的字符串key進行位元操作，並將結果保存到destkey上。
bitop 操作 destkey key1 key2 key3
# 統計爲1的位的數量
bitcount 某key
# 查找第一爲0或者爲1的位
bitpos 某key 0或者1
2.7 HyperLogLogs
HLL是一種概率數據結構，旨在對唯一事物進行計數。
在Redis中HLL被編碼爲Redis字符串，所以我們可以用GET命令來序列化HLL，可以用SET命令來反序列化成HLL。
從概念上講，HLL API就像使用Set來執行相同的任務。 你可以將元素添加到集合中，並使用SCARD檢查集合中的元素數量，這是唯一的，因爲SADD不會重新添加現有元素。
# 將新元素添加到該hll鍵中
pfadd hll鍵 value1 value2 value3
# 該hll鍵的值的數量
pfcount hll鍵
常見用例
- 統計每天用戶在搜索表單中執行的唯一查詢。
2.8 Streams
Stream是Redis5.0之後引入的新數據類型。提供抽象日誌數據的append-only 數據結構。從概念上講，因爲Redis是流式傳輸在內存中表示的抽象數據類型，所以它們實現了更強大的操作，以克服日誌文件本身的限制。
consumer group： 允許一組客戶端合作使用同一消息流的不同部分。
3. Redis過期
Redis中的鍵都有存活時間。這與Redis中的數據結構無關。我們可以爲鍵設置一個過期時間，當超過這個過期時間會自動刪除這個鍵和其值，就像使用DEL刪除了這個鍵一樣。
默認永不過期。
- 過期時間的精度可以是s或者ms。
- 只要超過過期時間1ms則認爲過期。
- 過期信息是複製並持久化在磁盤中的
設置過期時間，過期時間的默認單位是S
# 設置過期時間
set 鍵 值
expire 鍵 過期時間的s值
pexpire 鍵 過期時間的ms值
或者使用SET命令的ex選項
set 鍵 值 ex 過期時間的s值
# 查看某鍵還有多少時間過期
ttl 鍵 # s
pttl 鍵 # ms
# 讓某鍵用不過期
persist 鍵
參考文獻
[1] Redis 官方文檔