目錄
| String | list | hash | set | zset | |
| 應用場景 | 存儲key-value鍵值對 | 朋友圈點贊列表評論列表、消息隊列 | 購物車、存儲對象 | 好友/粉絲/關注的集合、首頁隨機展示 | 排行榜、存學生成績 |
Redis基礎數據結構有哪些？
一、String（字符串）
在任何一種編程語言裏，字符串 String 都是最基礎的數據結構， 那你有想過 Redis 中存儲一個字符串都進行了哪些操作嘛？
在 Redis 中 String 是可以修改的，稱爲 動態字符串 ( Simple Dynamic String 簡稱 SDS )（ 快拿小本本記名詞，要考的 ），說是字符串但它的內部結構更像是一個 ArrayList ，內部維護着一個字節數組，並且在其內部預分配了一定的空間，以減少內存的頻繁分配。
Redis 的內存分配機制是這樣：
-
當字符串的長度小於 1MB時，每次擴容都是加倍現有的空間。
-
如果字符串長度超過 1MB時，每次擴容時只會擴展 1MB 的空間。
這樣既保證了內存空間夠用，還不至於造成內存的浪費， 字符串最大長度爲 512MB . 。
image.png
上圖就是字符串的基本結構，其中 content 裏面保存的是字符串內容， 0x\0 作爲結束字符不會被計算 len 中。
分析一下字符串的數據結構
struct SDS{
T capacity; //數組容量
T len; //實際長度
byte flages; //標誌位,低三位表示類型
byte[] content; //數組內容
}
capacity 和 len 兩個屬性都是泛型，爲什麼不直接用 int類型 ？因爲 Redis 內部有很多優化方案，爲更合理的使用內存，不同長度的字符串採用不同的數據類型表示，且在創建字符串的時候 len 會和 capacity 一樣大，不產生冗餘的空間，所以 String 值可以是字符串、數字（整數、浮點數) 或者 二進制。
1、應用場景：
存儲key-value鍵值對，這個比較簡單不細說了
2、字符串（String）常用的命令：
set [key] [value] 給指定key設置值（set 可覆蓋老的值）
get [key] 獲取指定key 的值
del [key] 刪除指定key
exists [key] 判斷是否存在指定key
mset [key1] [value1] [key2] [value2] ...... 批量存鍵值對
mget [key1] [key2] ...... 批量取key
expire [key] [time] 給指定key 設置過期時間 單位秒
setex [key] [time] [value] 等價於 set + expire 命令組合
setnx [key] [value] 如果key不存在則set 創建，否則返回0
incr [key] 如果value爲整數 可用 incr命令每次自增1
incrby [key] [number] 使用incrby命令對整數值 進行增加 number
二、list(列表)
Redis 中的 list 和 Java 中的 LinkedList 很像，底層都是一種鏈表結構， list 的插入和刪除操作非常快，時間複雜度爲 0(1)，不像數組結構插入、刪除操作需要移動數據。
像歸像，但是 redis 中的 list 底層可不是一個雙向鏈表那麼簡單。
當數據量較少的時候它的底層存儲結構爲一塊連續內存，稱之爲 ziplist(壓縮列表) ，它將所有的元素緊挨着一起存儲，分配的是一塊連續的內存；當數據量較多的時候將會變成 quicklist(快速鏈表) 結構。
可單純的鏈表也是有缺陷的，鏈表的前後指針 prev 和 next 會佔用較多的內存，會比較浪費空間，而且會加重內存的碎片化。在redis 3.2之後就都改用 ziplist+鏈表 的混合結構，稱之爲 quicklist(快速鏈表) 。
下面具體介紹下兩種鏈表
ziplist(壓縮列表)
先看一下 ziplist 的數據結構，
struct ziplist<T>{ int32 zlbytes; //壓縮列表佔用字節數 int32 zltail_offset; //最後一個元素距離起始位置的偏移量,用於快速定位到最後一個節點 int16 zllength; //元素個數 T[] entries; //元素內容 int8 zlend; //結束位 0xFF }
int32 zlbytes ： 壓縮列表佔用字節數 int32 zltail_offset ： 最後一個元素距離起始位置的偏移量,用於快速定位到最後一個節點 int16 zllength ：元素個數 T[] entries ：元素內容 int8 zlend ：結束位 0xFF
壓縮列表爲了支持雙向遍歷，所以纔會有 ztail_offset 這個字段，用來快速定位到最後一 個元素，然後倒着遍歷
image.png
entry 的數據結構：
struct entry{ int<var> prevlen; //前一個 entry 的長度 int<var> encoding; //元素類型編碼 optional byte[] content; //元素內容 }
entry 它的 prevlen 字段表示前一個 entry 的字節長度，當壓縮列表倒着遍歷時，需要通過這 個字段來快速定位到下一個元素的位置。
1、應用場景：
由於list它是一個按照插入順序排序的列表，所以應用場景相對還較多的，例如：
-
消息隊列： lpop 和 rpush （或者反過來， lpush 和 rpop ）能實現隊列的功能
-
朋友圈的點贊列表、評論列表、排行榜： lpush 命令和 lrange 命令能實現最新列表的功能，每次通過 lpush 命令往列表裏插入新的元素，然後通過 lrange 命令讀取最新的元素列表。
2、list操作的常用命名：
rpush [key] [value1] [value2] ...... 鏈表右側插入 rpop [key] 移除右側列表頭元素，並返回該元素 lpop [key] 移除左側列表頭元素，並返回該元素 llen [key] 返回該列表的元素個數 lrem [key] [count] [value] 刪除列表中與value相等的元素，count是刪除的個數。 count>0 表示從左側開始查找，刪除count個元素，count<0 表示從右側開始查找，刪除count個相同元素，count=0 表示刪除全部相同的元素 (PS: index 代表元素下標，index 可以爲負數， index= 表示倒數第一個元素，同理 index=-2 表示倒數第二 個元素。) lindex [key] [index] 獲取list指定下標的元素 （需要遍歷，時間複雜度爲O(n)） lrange [key] [start_index] [end_index] 獲取list 區間內的所有元素 （時間複雜度爲 O（n）） ltrim [key] [start_index] [end_index] 保留區間內的元素，其他元素刪除（時間複雜度爲 O（n））
三、hash （字典）
Redis 中的 Hash 和 Java的 HashMap 更加相似，都是 數組+鏈表 的結構，當發生 hash 碰撞時將會把元素追加到鏈表上，值得注意的是在 Redis 的 Hash 中 value 只能是字符串.
hset books java "Effective java" (integer) 1 hset books golang "concurrency in go" (integer) 1 hget books java "Effective java" hset user age 17 (integer) 1 hincrby user age 1 #單個 key 可以進行計數 和 incr 命令基本一致 (integer) 18
Hash 和 String 都可以用來存儲用戶信息 ，但不同的是 Hash 可以對用戶信息的每個字段單獨存儲； String 存的是用戶全部信息經過序列化後的字符串，如果想要修改某個用戶字段必須將用戶信息字符串全部查詢出來，解析成相應的用戶信息對象，修改完後在序列化成字符串存入。而 hash可以只對某個字段修改，從而節約網絡流量，不過hash內存佔用要大於 String ，這是 hash 的缺點。
1、應用場景：
- 購物車： hset [key] [field] [value] 命令， 可以實現以 用戶Id ， 商品Id 爲 field ，商品數量爲 value ，恰好構成了購物車的3個要素。
- 存儲對象： hash 類型的 (key, field, value) 的結構與對象的 (對象id, 屬性, 值) 的結構相似，也可以用來存儲對象。
2、hash常用的操作命令：
hset [key] [field] [value] 新建字段信息
hget [key] [field] 獲取字段信息
hdel [key] [field] 刪除字段
hlen [key] 保存的字段個數
hgetall [key] 獲取指定key 字典裏的所有字段和值 （字段信息過多,會導致慢查詢 慎用：親身經歷 曾經用過這個這個指令導致線上服務故障）
hmset [key] [field1] [value1] [field2] [value2] ...... 批量創建
hincr [key] [field] 對字段值自增
hincrby [key] [field] [number] 對字段值增加number
四、set(集合)
Redis 中的 set 和 Java 中的 HashSet 有些類似，它內部的鍵值對是無序的、唯一 的。它的內部實現相當於一個特殊的字典，字典中所有的value都是一個值 NULL。當集合中最後一個元素被移除之後，數據結構被自動刪除，內存被回收。
1、應用場景：
- 好友、關注、粉絲、感興趣的人集合：
sinter sismember scard smove - 首頁展示隨機：美團首頁有很多推薦商家，但是並不能全部展示，set類型適合存放所有需要展示的內容，而 srandmember 命令則可以從中隨機獲取幾個。
- 存儲某活動中中獎的用戶ID ，因爲有去重功能，可以保證同一個用戶不會中獎兩次。
2、set的常用命令：
sadd [key] [value] 向指定key的set中添加元素 smembers [key] 獲取指定key 集合中的所有元素 sismember [key] [value] 判斷集合中是否存在某個value scard [key] 獲取集合的長度 spop [key] 彈出一個元素 srem [key] [value] 刪除指定元素
五、zset(有序集合)
zset 也叫 SortedSet 一方面它是個 set ，保證了內部 value 的唯一性，另方面它可以給每個 value 賦予一個 score ，代表這個value的排序權重。它的內部實現用的是一種叫作“ 跳躍列表 ”的數據結構。
1、應用場景：
zset 可以用做排行榜，但是和 list 不同的是 zset 它能夠實現動態的排序，例如： 可以用來存儲粉絲列表，value 值是粉絲的用戶 ID，score 是關注時間，我們可以對粉絲列表按關注時間進行排序。
zset 還可以用來存儲學生的成績， value 值是學生的 ID, score 是他的考試成績。 我們對成績按分數進行排序就可以得到他的名次。
2、zset有序集合的常用操作命令：
zadd [key] [score] [value] 向指定key的集合中增加元素
zrange [key] [start_index] [end_index] 獲取下標範圍內的元素列表，按score 排序輸出
zrevrange [key] [start_index] [end_index] 獲取範圍內的元素列表 ，按score排序 逆序輸出
zcard [key] 獲取集合列表的元素個數
zrank [key] [value] 獲取元素再集合中的排名
zrangebyscore [key] [score1] [score2] 輸出score範圍內的元素列表
zrem [key] [value] 刪除元素
zscore [key] [value] 獲取元素的score
總結
本文很多概念都一帶而過了，只是給大家粗略的講述一下Redis五種基礎數據結構和應用場景，旨在給小夥伴們一個面試備題的方向
作者：程序員內點事