前言

在上一章《Redis學習手冊1—數據結構之字符串》中，我們學習了Redis最基本的數據結構——字符串，但是我們發現，在使用字符串類型鍵存儲具有關聯關係的一系列屬性時，我們不得不創建若干字符串鍵，分別存儲不同的屬性。例如，我們想要使用字符串描述一篇文章的屬性：標題、內容、作者和創建時間。如果使用字符串類型鍵存儲這些屬性，我們至少需要使用四個字符串類型鍵來存儲，然後定義相同的鍵的前綴，如：article::1::title、article::1::content、article::1::author、article::1::create_time。

雖然在技術上是可行的，但是要知道鍵本身也是數據，也是需要佔用內存資源的，那麼當數據量大的時候，就會造成不必要的內存浪費。爲了解決這個問題，使得相關聯的數據能夠被打包起來存儲，Redis提供了散列類型（hash) 鍵。

散列簡介

Redis的 散列（hash） 鍵會將一個鍵和一個散列在數據庫裏關聯起來，用戶可以在散列中爲任意多個 字段（field） 設置值。與字符串一樣，散列的字段和值既可以是文本數據，也可以是二進制數據。

通過使用散列鍵，用戶可以把相關聯的多項數據存儲到同一個散列裏，以便對這些數據進行管理，或者針對它們執行批量操作。

散列存儲結構

以文章數據爲例，下圖展示了散列鍵在內存中的存儲結構：

散列鍵的功能

Redis爲散列鍵提供了一系列操作命令，通過使用這些命令，用戶可以：

爲散列的字段設置值，或者只在字段不存在的情況下爲它設置值；

從散列裏面獲取給定字段名的值；

對存儲着數字值的字段執行加法或減法操作；

檢查給定的字段是否存在於散列中；

從散列中刪除指定的字段；

查看散列包含的字段數量；

一次爲散列的多個字段設置值，或者一次從散列中獲取多個字段的值；

獲取散列包含的所有字段、所有值或所有字段和值；

散列鍵命令速查表

以下表格中，列舉了散列鍵提供的所有命令及基本使用說明：

命令	用法及參數	說明
HSET	`HSET hash field value`	爲散列中指定的字段設置值
HSETNX	`HSETNX hash field value`	只在指定字段不存在時設置值
HGET	`HGET hash field`	獲取指定字段的值
HINCRBY	`HINCRBY hash field increment`	爲給定的字段值執行加法運算，與字符串鍵的`INCRBY`命令用法一致
HINCRBYFLOAT	`HINCRBYFLOAT hash field increment`	支持浮點數字段值的加法操作
HSTRLEN	`HSTRLEN hash field`	獲取給定字段值的字節長度
HEXISTS	`HEXISTS hash field`	判斷給定的字段是否存在於散列中
HDEL	`HDEL hash field`	刪除指定字段及其關聯的值
HMSET	`HMSET hash field value [field value ...]`	一次爲多個字段設置值
HMGET	`HMGET hash field [field ...]`	一次獲取多個字段的值
HKEYS	`HKEYS hash`	獲取散列中包含的所有字段
HVALS	`HVALS hash`	獲取散列中包含的所有值
HGETALL	`HGETALL hash`	獲取散列中包含的所有字段和值

命令詳解

HSET命令：爲字段設置值

用戶可以通過執行HSET命令爲散列中指定的字段設置值：

HSET hash field value

根據給定的字段是否已經存在於散列中，HSET命令的行爲也會有所不同：

如果給定的字段不存在於散列中，那麼這次設置就是一次創建操作，命令將在散列中關聯起給定的字段和值，然後返回 1；
如果給定的字段已經存在於散列中，那麼這次設置就是一次更新操作，命令將使用用戶給定的新值去覆蓋原來的值，然後返回 0。

127.0.0.1:6379> HSET article::1 title "greeting"
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET article::1 content "hello world"
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET article::1 author "peter"
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET article::1 create_time "2020-06-03 12:52:20"
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET article::1 title "Redis Tutorial"
(integer) 0
127.0.0.1:6379> HSET article::1 content "Redis is a data structure store ..."
(integer) 0

複雜度： $O(1)$
版本要求：HSET命令從Redis 2.0.0版本開始可用。

HSETNX命令：只在字段不存在時爲它設置值

HSETNX命令的作用和HSET命令的作用非常相似，區別在於，HSETNX命令只會在指定字段不存在時執行設置操作：

HSETNX hash field value

HSETNX命令在字段不存在並且成功設置值時返回 1，在字段已存在並導致設置操作失敗時返回0。

127.0.0.1:6379> HSETNX article::1 title "Redis Performance Test"
(integer) 0  -- 設置成功
127.0.0.1:6379> HSETNX article::1 view_count 100
(integer) 1

複雜度： $O(1)$
版本要求：HSETNX命令從Redis 2.0.0版本開始可用。

HGET命令：獲取字段的值

HGET命令可以根據用戶給定的字段，從散列中獲取該字段的值：

HGET hash field

127.0.0.1:6379> HGET article::1 title
"greeting"
127.0.0.1:6379> HGET article::1 author
"peter"

當給定的字段或散列不存在時，那麼HGET命令將返回一個空值：

127.0.0.1:6379> HGET account::54321 location
(nil)

複雜度： $O(1)$
版本要求：HGET命令從Redis 2.0.0版本可用。

HINCRBY命令

與字符串鍵的INCRBY命令一樣，如果散列的字段裏面存儲着能夠被Redis解釋爲整數的數字，那麼用戶就可以使用HINCRBY命令爲該字段的值上加上指定的整數增量：

HINCRBY hash field increment

HINCRBY命令在成功執行加法操作之後將返回字段當前的值作爲命令的結果。

127.0.0.1:6379> HINCRBY article::1 view_count 1
(integer) 1

因爲Redis只爲散列提供了加法操作的HINCRBY命令，但是沒有爲散列提供相應的減法操作命令，因此可以使用傳入負數增量給HINCRBY命令，即可執行減法操作：

127.0.0.1:6379> HSET hash article::1 view_counte 100
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HINCRBY hash article::1 view_counte 50
(integer) 50

HINCRBY命令只能作用於字段值爲整數，且增量也只能爲整數，否則Redis會返回錯誤。

複雜度： $O(1)$
版本要求：HNICRBY命令從Redis 2.0.0版本開始可用。

HINCRBYFLOAT命令

HINCRBYFLOAT命令和HINCRBY命令的作用類似，它們之間的主要區別在於HINCRBYFLOAT命令不僅可以使用整數作爲增量，還可以使用浮點數作爲增量：

HINCRBYFLOAT hash field increment

HINCRBYFLOAT命令在執行成功後，將返回給定字段的當前值作爲結果。

127.0.0.1:6379> HGET fruit::apple price
"5.60"
127.0.0.1:6379> HINCRBYFLOAT fruit::apple price 1.4
"7"

如果加法計算的結果能夠被表示爲整數，那麼HINCRBYFLOAT命令將使用整數作爲計算結果。

同樣的，Redis也沒有提供與HINCRBYFLOAT命令對應的減法操作命令，因此，可以通過傳入負數增量的方式來執行減法操作。

複雜度： $O(1)$
版本要求：HINCRBYFLOAT命令從Redis 2.0.0版本開始可用。

HSTRLEN命令

用戶可以使用HSTRLEN命令獲取給定字段值的字節長度：

HSTRLEN hash field

127.0.0.1:6379> HSET article::10086 title "hello world"
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSTRLEN article::10086 title
(integer) 11

如果給定的字段或散列不存在，那麼HSTRLEN命令將返回0

複雜度： $O(1)$
版本要求：HSTRLEN命令從Redis 3.2.0版本開始可用。

HEXISTS命令

HEXISTS命令可用於檢查用戶給定的字段是否存在於散列中：

HEXISTS hash field

如果散列中包含給定的字段，那麼命令返回1；如果給定的字段或散列不存在，則返回 0。

127.0.0.1:6379> HEXISTS hash not-exists-field
(integer) 0
127.0.0.1:6379> HEXISTS not-exists-hash not-exists-field
(integer) 0
127.0.0.1:6379> HEXISTS exists-hash exists-field
(integer) 1

複雜度： $O(1)$
版本要求：HEXISTS命令從Redis 2.0.0版本開始可用。

HDEL命令

HDEL命令用於刪除散列中的指定字段及其相關聯的值：

HDEL hash field

HDEL命令刪除執行成功後返回1；如果給定的字段或給定的散列不存在，那麼返回 0

127.0.0.1:6379> HDEL article::1 author
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HDEL not-exists-hash not-exists-field
(integer) 0

複雜度： $O(1)$
版本要求：HDEL命令從Redis 2.0.0版本開始可用。

HLEN命令

HLEN命令可以獲取散列中包含的字段數量：

HLEN hash

127.0.0.1:6379> HLEN article::1
(integer) 4

如果給定的散列不存在，那麼返回0

複雜度： $O(1)$
版本要求：HLEN命令從Redis 2.0.0版本開始可用。

HMSET命令

用戶可以使用HMSET命令一次爲散列中的多個字段設置值：

HMSET hash field value [field value]

HMSET命令在設置成功時返回OK。

127.0.0.1:6379> HMSET article::10086 title "greeting" content "hello world" author "peter" 
OK

如果使用HSET命令執行上述操作，那麼需要兩次才能完成，而使用HMSET命令卻只需要一次就可以，因此可以減少與Redis服務器的通信次數，提高執行速度。
與HSET命令一樣，如果指定的字段已存在於散列中，那麼就使用新值去覆蓋舊值。

複雜度： $O(N)$ ，其中 $N$ 爲被設置的字段數量。
版本要求：HMSET命令從Redis 2.0.0版本開始可用。

HMGET命令

與HMSET命令相對應的，HMGET命令可以一次返回多個字段的值：

HMGET hash field [field ...]

HMGET命令將按照用戶給定的字段的順序依次返回與之對應的值。

127.0.0.1:6379> HMGET article::10086 title content
1) "greeting"
2) "hello world"

與HGET命令一樣，如果給定的字段或散列不存在，那麼將返回空值 **(nil)**作爲結果。

複雜度： $O(N)$ ，其中 $N$ 爲用戶給定的字段數量。
版本要求：HMGET命令從Redis 2.0.0版本開始可用。

HKEYS、HVALS、HGETALL命令

Redis爲散列提供了HKEYS、HVALS和HGETALL這3個命令，可以分別用於獲取散列包含的所有字段、所有值以及所有字段和值：

HKEYS hash
HVALS hash
HGETALL hash

127.0.0.1:6379> HKEYS article::10086
1) "title"
2) "content"
127.0.0.1:6379> HVALS article::10086
1) "greeting"
2) "hello world"
127.0.0.1:6379> HGETALL article::10086
1) "title"   -- 字段
2) "greeting"   -- 字段的值
3) "content"
4) "hello world"

如果給定的散列並不存在，那麼HKEYS、HVALS和HGETALL都將返回一個空列表。

Redis散列包含的字段在底層是以無序的方式存儲的，根據字段插入的順序不同，包含相同字段的散列在執行HKEYS、HVALS、HGETALL命令時可能會得到不同的結果，因此在使用這3個命令時，不應該對它們的結果順序做任何假設。

複雜度：HKEYS命令、HVALS命令和HGETALL命令的複雜度都爲 $O(N)$ ，其中 $N$ 爲散列包含的字段數量。

版本要求：HKEYS命令、HVALS命令和HGETALL命令都從Redis 2.0.0版本開始可用。

散列與字符串

類似的命令

以下表格展示了字符串命令與類似的散列命令：

字符串	散列
SET——爲一個字符串鍵設置值	HSET——爲散列的給定字段設置
SETNX——僅在字符串鍵不存在的時爲它設置值	HSETNX——僅在散列不包含指定字段時設置值
GET——獲取字符串的值	HGET——獲取散列指定字段的值
STRLEN——獲取字符串值的字節長度	HSTRLEN——獲取給定字段值的字節長度
INCRBY——對字符串鍵的值執行整數加法操作	HINCRBY——對字段存儲的數字值執行整數加法操作
INCRBYFLOAT——對字符串鍵存儲的浮點數執行浮點數加法操作	HINCRBYFLOAT——對字段存儲的數字值執行浮點數加法操作
MSET——一次爲多個字符串鍵設置值	HMSET——一次爲多個字段設置值
MGET——一次獲取多個字符串鍵的值	HMGET——一次獲取多個字段的值
EXISTS——檢查給定的鍵是否存在於數據庫中，可用於所有類型的鍵	HEXISTS——檢查給定的字段是否存在於散列中
DEL——從數據庫中刪除指定的鍵，適用於所有類型的鍵	HDEL——從散列中刪除指定的字段及它的值

散列鍵的優點

散列鍵的最大優點，就是它只要在數據庫中創建一個鍵，就可以把任意多個字段和值存儲到散列裏。相反，字符串鍵只能存儲一個鍵值對。

字符串鍵的優點

雖然使用散列鍵可以有效的節約資源並更好的組織數據，但是字符串鍵也有自己的優點：

雖然散列鍵命令和字符串鍵命令在部分功能上有重合的地方，但是字符串鍵命令提供的操作比散列鍵命令更豐富。比如，字符串能夠使用SETRANGE命令和GETRANGE命令設置或讀取字符串值的部分內容，或者使用APPEND命令進行內容的追加，而散列鍵並不支持這些操作。
鍵的過期，因爲Redis的鍵過期功能是針對整個鍵的，而散列鍵中包含的多個字段和值，卻不能爲各個字段設置不同的過期時間。

字符串鍵和散列鍵的選擇

從資源佔用、支持的操作及過期時間3個方面對比字符串和散列鍵的優缺點：

結合上述對比結果，總結了一些選擇的條件和方法：

如果程序需要爲每個數據項單獨設置過期時間，那麼使用字符串鍵；
如果程序需要對數據項執行諸如SETRANGE、GETRANGE或者APPEND等操作，那麼優先考慮使用字符串鍵；
如果程序需要存儲的數據項比較多，並且你希望儘可能的減少內存佔用，優先使用散列鍵；
如果多個數據項在邏輯上屬於同一組或者同一類，那麼優先使用散列鍵；

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