首發於：Redis 5 種基本數據結構詳解 - JavaGuide
相關文章：Redis常見面試題總結(上) 。
Redis 5 種基本數據結構（String、List、Hash、Set、Sorted Set）在面試中經常會被問到，這篇文章我們一起來回顧溫習一下。
還有幾種比較特殊的數據結構（HyperLogLogs、Bitmap 、Geospatial、Stream）也非常重要，我們後面下次再聊！
下面是正文。
你可以在 Redis 官網上找到 Redis 數據結構非常詳細的介紹：
未來隨着 Redis 新版本的發佈，可能會有新的數據結構出現，通過查閱 Redis 官網對應的介紹，你總能獲取到最靠譜的信息。
String（字符串）
介紹
String 是 Redis 中最簡單同時也是最常用的一個數據結構。
String 是一種二進制安全的數據結構，可以用來存儲任何類型的數據比如字符串、整數、浮點數、圖片（圖片的 base64 編碼或者解碼或者圖片的路徑）、序列化後的對象。
雖然 Redis 是用 C 語言寫的，但是 Redis 並沒有使用 C 的字符串表示，而是自己構建了一種 簡單動態字符串（Simple Dynamic String，SDS）。相比於 C 的原生字符串，Redis 的 SDS 不光可以保存文本數據還可以保存二進制數據，並且獲取字符串長度複雜度爲 O(1)（C 字符串爲 O(N)）,除此之外，Redis 的 SDS API 是安全的，不會造成緩衝區溢出。
常用命令
| 命令 | 介紹 |
|---|---|
| SET key value | 設置指定 key 的值 |
| SETNX key value | 只有在 key 不存在時設置 key 的值 |
| GET key | 獲取指定 key 的值 |
| MSET key1 value1 key2 value2 … | 設置一個或多個指定 key 的值 |
| MGET key1 key2 ... | 獲取一個或多個指定 key 的值 |
| STRLEN key | 返回 key 所儲存的字符串值的長度 |
| INCR key | 將 key 中儲存的數字值增一 |
| DECR key | 將 key 中儲存的數字值減一 |
| EXISTS key | 判斷指定 key 是否存在 |
| DEL key（通用） | 刪除指定的 key |
| EXPIRE key seconds（通用） | 給指定 key 設置過期時間 |
更多 Redis String 命令以及詳細使用指南，請查看 Redis 官網對應的介紹：https://redis.io/commands/?group=string 。
基本操作 ：
> SET key value
OK
> GET key
"value"
> EXISTS key
(integer) 1
> STRLEN key
(integer) 5
> DEL key
(integer) 1
> GET key
(nil)
批量設置 ：
> MSET key1 value1 key2 value2
OK
> MGET key1 key2 # 批量獲取多個 key 對應的 value
1) "value1"
2) "value2"
計數器（字符串的內容爲整數的時候可以使用）：
> SET number 1
OK
> INCR number # 將 key 中儲存的數字值增一
(integer) 2
> GET number
"2"
> DECR number # 將 key 中儲存的數字值減一
(integer) 1
> GET number
"1"
設置過期時間（默認爲永不過期）：
> EXPIRE key 60
(integer) 1
> SETNX key 60 value # 設置值並設置過期時間
OK
> TTL key
(integer) 56
應用場景
需要存儲常規數據的場景
- 舉例 ：緩存 session、token、圖片地址、序列化後的對象(相比較於 Hash 存儲更節省內存)。
- 相關命令 ：
SET、GET。
需要計數的場景
- 舉例 ：用戶單位時間的請求數（簡單限流可以用到）、頁面單位時間的訪問數。
- 相關命令 ：
SET、GET、INCR、DECR。
分佈式鎖
利用 SETNX key value 命令可以實現一個最簡易的分佈式鎖（存在一些缺陷，通常不建議這樣實現分佈式鎖）。
List（列表）
介紹
Redis 中的 List 其實就是鏈表數據結構的實現。我在 線性數據結構 :數組、鏈表、棧、隊列 這篇文章中詳細介紹了鏈表這種數據結構，我這裏就不多做介紹了。
許多高級編程語言都內置了鏈表的實現比如 Java 中的 LinkedList，但是 C 語言並沒有實現鏈表，所以 Redis 實現了自己的鏈表數據結構。Redis 的 List 的實現爲一個 雙向鏈表，即可以支持反向查找和遍歷，更方便操作，不過帶來了部分額外的內存開銷。
常用命令
| 命令 | 介紹 |
|---|---|
| RPUSH key value1 value2 ... | 在指定列表的尾部（右邊）添加一個或多個元素 |
| LPUSH key value1 value2 ... | 在指定列表的頭部（左邊）添加一個或多個元素 |
| LSET key index value | 將指定列表索引 index 位置的值設置爲 value |
| LPOP key | 移除並獲取指定列表的第一個元素(最左邊) |
| RPOP key | 移除並獲取指定列表的最後一個元素(最右邊) |
| LLEN key | 獲取列表元素數量 |
| LRANGE key start end | 獲取列表 start 和 end 之間 的元素 |
更多 Redis List 命令以及詳細使用指南，請查看 Redis 官網對應的介紹：https://redis.io/commands/?group=list 。
通過 RPUSH/LPOP 或者 LPUSH/RPOP實現隊列 ：
> RPUSH myList value1
(integer) 1
> RPUSH myList value2 value3
(integer) 3
> LPOP myList
"value1"
> LRANGE myList 0 1
1) "value2"
2) "value3"
> LRANGE myList 0 -1
1) "value2"
2) "value3"
通過 RPUSH/RPOP或者LPUSH/LPOP 實現棧 ：
> RPUSH myList2 value1 value2 value3
(integer) 3
> RPOP myList2 # 將 list的頭部(最右邊)元素取出
"value3"
我專門畫了一個圖方便大家理解 RPUSH , LPOP , lpush , RPOP 命令：
通過 LRANGE 查看對應下標範圍的列表元素 ：
> RPUSH myList value1 value2 value3
(integer) 3
> LRANGE myList 0 1
1) "value1"
2) "value2"
> LRANGE myList 0 -1
1) "value1"
2) "value2"
3) "value3"
通過 LRANGE 命令，你可以基於 List 實現分頁查詢，性能非常高！
通過 LLEN 查看鏈表長度 ：
> LLEN myList
(integer) 3
應用場景
信息流展示
- 舉例 ：最新文章、最新動態。
- 相關命令 ：
LPUSH、LRANGE。
消息隊列
Redis List 數據結構可以用來做消息隊列，只是功能過於簡單且存在很多缺陷，不建議這樣做。
相對來說，Redis 5.0 新增加的一個數據結構 Stream 更適合做消息隊列一些，只是功能依然非常簡陋。和專業的消息隊列相比，還是有很多欠缺的地方比如消息丟失和堆積問題不好解決。
Hash（哈希）
介紹
Redis 中的 Hash 是一個 String 類型的 field-value（鍵值對） 的映射表，特別適合用於存儲對象，後續操作的時候，你可以直接修改這個對象中的某些字段的值。
Hash 類似於 JDK1.8 前的 HashMap，內部實現也差不多(數組 + 鏈表)。不過，Redis 的 Hash 做了更多優化。
常用命令
| 命令 | 介紹 |
|---|---|
| HSET key field value | 設置指定哈希表中指定字段的值 |
| HSETNX key field value | 只有指定字段不存在時設置指定字段的值 |
| HMSET key field1 value1 field2 value2 ... | 同時將一個或多個 field-value (域-值)對設置到指定哈希表中 |
| HGET key field | 獲取指定哈希表中指定字段的值 |
| HMGET key field1 field2 ... | 獲取指定哈希表中一個或者多個指定字段的值 |
| HGETALL key | 獲取指定哈希表中所有的鍵值對 |
| HEXISTS key field | 查看指定哈希表中指定的字段是否存在 |
| HDEL key field1 field2 ... | 刪除一個或多個哈希表字段 |
| HLEN key | 獲取指定哈希表中字段的數量 |
更多 Redis Hash 命令以及詳細使用指南，請查看 Redis 官網對應的介紹：https://redis.io/commands/?group=hash 。
模擬對象數據存儲 ：
> HMSET userInfoKey name "guide" description "dev" age "24"
OK
> HEXISTS userInfoKey name # 查看 key 對應的 value中指定的字段是否存在。
(integer) 1
> HGET userInfoKey name # 獲取存儲在哈希表中指定字段的值。
"guide"
> HGET userInfoKey age
"24"
> HGETALL userInfoKey # 獲取在哈希表中指定 key 的所有字段和值
1) "name"
2) "guide"
3) "description"
4) "dev"
5) "age"
6) "24"
> HSET userInfoKey name "GuideGeGe"
> HGET userInfoKey name
"GuideGeGe"
應用場景
對象數據存儲場景
- 舉例 ：用戶信息、商品信息、文章信息、購物車信息。
- 相關命令 ：
HSET（設置單個字段的值）、HMSET（設置多個字段的值）、HGET（獲取單個字段的值）、HMGET（獲取多個字段的值）。
Set（集合）
介紹
Redis 中的 Set 類型是一種無序集合，集合中的元素沒有先後順序但都唯一，有點類似於 Java 中的 HashSet 。當你需要存儲一個列表數據，又不希望出現重複數據時，Set 是一個很好的選擇，並且 Set 提供了判斷某個元素是否在一個 Set 集合內的重要接口，這個也是 List 所不能提供的。
你可以基於 Set 輕易實現交集、並集、差集的操作，比如你可以將一個用戶所有的關注人存在一個集合中，將其所有粉絲存在一個集合。這樣的話，Set 可以非常方便的實現如共同關注、共同粉絲、共同喜好等功能。這個過程也就是求交集的過程。
常用命令
| 命令 | 介紹 |
|---|---|
| SADD key member1 member2 ... | 向指定集合添加一個或多個元素 |
| SMEMBERS key | 獲取指定集合中的所有元素 |
| SCARD key | 獲取指定集合的元素數量 |
| SISMEMBER key member | 判斷指定元素是否在指定集合中 |
| SINTER key1 key2 ... | 獲取給定所有集合的交集 |
| SINTERSTORE destination key1 key2 ... | 將給定所有集合的交集存儲在 destination 中 |
| SUNION key1 key2 ... | 獲取給定所有集合的並集 |
| SUNIONSTORE destination key1 key2 ... | 將給定所有集合的並集存儲在 destination 中 |
| SDIFF key1 key2 ... | 獲取給定所有集合的差集 |
| SDIFFSTORE destination key1 key2 ... | 將給定所有集合的差集存儲在 destination 中 |
| SPOP key count | 隨機移除並獲取指定集合中一個或多個元素 |
| SRANDMEMBER key count | 隨機獲取指定集合中指定數量的元素 |
更多 Redis Set 命令以及詳細使用指南，請查看 Redis 官網對應的介紹：https://redis.io/commands/?group=set 。
基本操作 ：
> SADD mySet value1 value2
(integer) 2
> SADD mySet value1 # 不允許有重複元素，因此添加失敗
(integer) 0
> SMEMBERS mySet
1) "value1"
2) "value2"
> SCARD mySet
(integer) 2
> SISMEMBER mySet value1
(integer) 1
> SADD mySet2 value2 value3
(integer) 2
mySet:value1、value2。mySet2：value2、value3。
求交集 ：
> SINTERSTORE mySet3 mySet mySet2
(integer) 1
> SMEMBERS mySet3
1) "value2"
求並集 ：
> SUNION mySet mySet2
1) "value3"
2) "value2"
3) "value1"
求差集 ：
> SDIFF mySet mySet2 # 差集是由所有屬於 mySet 但不屬於 A 的元素組成的集合
1) "value1"
應用場景
需要存放的數據不能重複的場景
- 舉例：網站 UV 統計（數據量巨大的場景還是
HyperLogLog更適合一些）、文章點贊、動態點贊等場景。 - 相關命令：
SCARD（獲取集合數量） 。
需要獲取多個數據源交集、並集和差集的場景
- 舉例 ：共同好友(交集)、共同粉絲(交集)、共同關注(交集)、好友推薦（差集）、音樂推薦（差集） 、訂閱號推薦（差集+交集） 等場景。
- 相關命令：
SINTER（交集）、SINTERSTORE（交集）、SUNION（並集）、SUNIONSTORE（並集）、SDIFF（交集）、SDIFFSTORE（交集）。
需要隨機獲取數據源中的元素的場景
- 舉例 ：抽獎系統、隨機。
- 相關命令：
SPOP（隨機獲取集合中的元素並移除，適合不允許重複中獎的場景）、SRANDMEMBER（隨機獲取集合中的元素，適合允許重複中獎的場景）。
Sorted Set（有序集合）
介紹
Sorted Set 類似於 Set，但和 Set 相比，Sorted Set 增加了一個權重參數 score，使得集合中的元素能夠按 score 進行有序排列，還可以通過 score 的範圍來獲取元素的列表。有點像是 Java 中 HashMap 和 TreeSet 的結合體。
常用命令
| 命令 | 介紹 |
|---|---|
| ZADD key score1 member1 score2 member2 ... | 向指定有序集合添加一個或多個元素 |
| ZCARD KEY | 獲取指定有序集合的元素數量 |
| ZSCORE key member | 獲取指定有序集合中指定元素的 score 值 |
| ZINTERSTORE destination numkeys key1 key2 ... | 將給定所有有序集合的交集存儲在 destination 中，對相同元素對應的 score 值進行 SUM 聚合操作，numkeys 爲集合數量 |
| ZUNIONSTORE destination numkeys key1 key2 ... | 求並集，其它和 ZINTERSTORE 類似 |
| ZDIFF destination numkeys key1 key2 ... | 求差集，其它和 ZINTERSTORE 類似 |
| ZRANGE key start end | 獲取指定有序集合 start 和 end 之間的元素（score 從低到高） |
| ZREVRANGE key start end | 獲取指定有序集合 start 和 end 之間的元素（score 從高到底） |
| ZREVRANK key member | 獲取指定有序集合中指定元素的排名(score 從大到小排序) |
更多 Redis Sorted Set 命令以及詳細使用指南，請查看 Redis 官網對應的介紹：https://redis.io/commands/?group=sorted-set 。
基本操作 ：
> ZADD myZset 2.0 value1 1.0 value2
(integer) 2
> ZCARD myZset
2
> ZSCORE myZset value1
2.0
> ZRANGE myZset 0 1
1) "value2"
2) "value1"
> ZREVRANGE myZset 0 1
1) "value1"
2) "value2"
> ZADD myZset2 4.0 value2 3.0 value3
(integer) 2
myZset:value1(2.0)、value2(1.0) 。myZset2：value2（4.0）、value3(3.0) 。
獲取指定元素的排名 ：
> ZREVRANK myZset value1
0
> ZREVRANK myZset value2
1
求交集 ：
> ZINTERSTORE myZset3 2 myZset myZset2
1
> ZRANGE myZset3 0 1 WITHSCORES
value2
5
求並集 ：
> ZUNIONSTORE myZset4 2 myZset myZset2
3
> ZRANGE myZset4 0 2 WITHSCORES
value1
2
value3
3
value2
5
求差集 ：
> ZDIFF 2 myZset myZset2 WITHSCORES
value1
2
應用場景
需要隨機獲取數據源中的元素根據某個權重進行排序的場景
- 舉例 ：各種排行榜比如直播間送禮物的排行榜、朋友圈的微信步數排行榜、王者榮耀中的段位排行榜、話題熱度排行榜等等。
- 相關命令 ：
ZRANGE(從小到大排序) 、ZREVRANGE（從大到小排序）、ZREVRANK(指定元素排名)。
《Java 面試指北》 的「技術面試題篇」就有一篇文章詳細介紹如何使用 Sorted Set 來設計製作一個排行榜。
需要存儲的數據有優先級或者重要程度的場景 比如優先級任務隊列。
- 舉例 ：優先級任務隊列。
- 相關命令 ：
ZRANGE(從小到大排序) 、ZREVRANGE（從大到小排序）、ZREVRANK(指定元素排名)。
參考
- Redis Data Structures ：https://redis.com/redis-enterprise/data-structures/ 。
- Redis Commands ： https://redis.io/commands/ 。
- Redis Data types tutorial：https://redis.io/docs/manual/data-types/data-types-tutorial/ 。
- Redis 存儲對象信息是用 Hash 還是 String : https://segmentfault.com/a/1190000040032006
後記
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