《Redis开发与运维》- API的使用-2-五种常用数据结构

Posted 2023-02-09 zczpeng

《Redis开发与运维》- API的使用-2-五种常用数据结构

1：字符串(String)

字符串类型的值可以使字符串（简单的字符串；复杂的字符串如JSON、XML；数字如整数、浮点数；甚至二进制如：图片、音频、视频），但最大值不能超过512M。

常用命令

1：设置值：
>set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx|xx]
选项：
ex seconds:设置秒级过期时间。
px millisecods:设置毫秒级过期时间。
nx：键必须不存在才能设置成功，用于添加。
xx：与nx相反，必须存在才能设置成功，用于更新。
【setnx命令的使用场景：由于redis的单线程命令处理机制，如果有多个客户端同时执行setnx key value，根据特性只有一个客户端可以设置成功，所以可以作为分布式锁的一种实现。官方分布式锁的方法：https://redis.io/topics/distlock】

2：获取值：
> get key
【如果不存在则返回nil】

3:批量设置值
>mset key value [key value …]

4:批量获取值
>mget key [key …]
如果有些key不存在，则他的值是nil

5:计数
>incr key
incr命令用于对值做自增操作，返回结果分为三种情况：
值不是整数，返回错误。
值是整数，返回自增后的结果。
键不存在，按照值为0自增，返回结果为1。

除了incr命令，redis提供了decr(自减)、incrby(自增指定数字)、decrby(自减指定数字)、incrbyfloat(自增浮点数)：
decr key
incrby key increment
decrby key decrement
incrbyfloat key increment

不常用命令

1：追加值
>append key value
【可以向字符串尾部追加值】

2：字符串长度
>strlen key
【每个中文占用3个字节】

3：设置并返回原值
>getset key value

内部编码

字符串类型的内部编码有3种：
int：8个字节的长整型
embstr：小于等于39个字节的字符串
raw：大于39个字节的字符串
【redis会根据当前值的类型和长度决定使用哪种内部编码实现】

使用场景

1：缓存功能
2：计数
【真实的技术系统要考虑的问题有很多：防作弊、按照不用维度计数、数据持久化到底层数据源等】
3：共享session
4：限速
【利用自增实现多长时间操作多少次】

2：哈希(hash)

命令

1：设置值
hset key field value
【redis也提供了 hsetnx命令，作用域为field】

2：获取值
hget key value

3：删除field
hdel key field [field … ]
hdel 会删除一个或多个field,返回结果为成功删除的field的个数。

4：计算field个数
hlen key

5：批量设置获取field-value
hmget key field [field …]
hmset key field value [field value …]

6：判断field是否存在
hexists key field

7：获取所有field
hkeys key

8：获取所有value
hvals key

9：获取所有field-value
hgetall key
【有渐进式遍历哈希类型的命令scan，可以避免hgetall 一个field很多的key造成的堵塞】

10：对field自增
hincrby key field
hincrbyfloat key field

内部编码

哈希类型的编码有两种：
1：ziplist(压缩列表)
当哈希类型元素少于 hash-max-ziplist-entries 配置（默认512个）、同时所有值都小于 hash-max-ziplist-value配置（默认64字节）时，redis会使用ziplist作为哈希的内部实现，结构更加紧凑，节省内存占用。
2：hashtable(哈希表)
当不满足上面ziplist的条件时，redis会使用hashtable作为内部实现，因为此时的ziplist的读写效率会下降，而hashtable的读写时间复杂度为O(1)。

3：列表(List)

列表中的每个字符串元素成为元素，一个列表最多可以存储2^32 -1个元素。可以对列表两端插入（push）和弹出（pop）。可以获取指定范围的元素列表，可以获取指定索引下标的元素等，可以充当栈和队列的角色。

命令

1：添加
右插：
rpush key value [value …]
左插：
lpush key value [value …]
向某个元素前或者后插入元素：
linsert key before|after pivot value
linsert命令会从列表中找到 pivot的元素， 在其前面或者后面 插入一个新的 元素value。

2：查找
获取指定范围内的元素列表
lrange key start end
索引下标从左到右分别是 0到N-1,但从右到左分别是 -1到 -N
lrange中的end选项包含了自身。

获取列表指定索引下标的元素
lindex key index

获取列表长度
llen key

删除
lpop key 删除最左边元素
rpop key 删除最右边元素

修改
修改指定索引下标的元素
lset key index newvalue

堵塞操作
blpop key [key …] timeout
brpop key [key …] timeout
【1：列表为空，如果timeout=3,那么客户端要等到3秒后返回，如果timeout=0,那么客户端会一直堵塞下去。
2：列表不为空，客户端会立即返回。】

内部编码

列表类型的内部编码有两种
ziplist：当元素个数小于 list-max-ziplist-entries配置（默认512个），同时小于 list-max-ziplist-value配置（默认64字节），redis会采用ziplist作为内部实现。
linkedlist：当元素无法满足ziplist的条件时。

使用场景

消息队列
lpush+brpop命令组合可以实现堵塞队列，生产者客户端用lpush从左侧列表插入元素，多个消费者客户端使用brpop命令堵塞式的抢到列表尾部元素，多个客户端保证了消费的负载均衡和高可用性。

lrange 命令在列表两端性能较好，但是如果列表较大，获取列表中间范围的元素性能就会变差。quicklist内部编码，获取列表中间范围的元素时也可以高效完成。

实际上列表的使用场景很多：
lpush + lpop = Stack(栈)
lpush + rpop = Queue(队列)

4：集合（set）

不可重复，元素无序。一个集合中最多可以存储2^32 -1个元素，除了支持集合内的增删改查，还支持多个集合取交集、并集、差集，合理的使用好集合可以解决实际开发中的很多问题。

命令

集合内操作：

1：添加
sadd key element [element …]

2:删除
srem key element [element…]
【返回结果为成功删除元素的个数】

3:计算元素个数
scard key
【scard的时间复杂度是O(1)，它不会遍历集合内的所有元素，而是直接使用Redis内部的变量】

4：判断元素是否在集合中
sismember key element
【如果给定的元素在集合内，返回1，否则返回0】

5：随机从集合中返回指定个数的元素
srandmember key [count]
【count是可选参数，不写默认为1】

6：从集合中随机弹出元素
spop key
【redis从3.2版本开始，spop也支持count参数】
【srandmember和spop都是随机从集合选出元素，两者不同的是spop命令会把选出的元素从集合中删除，srandmember则不会】

7：获取所有元素
smembers key
【smembers和lrange、hgetall都属于比较重的命令，如果元素比较多可能存在堵塞的可能性，这时候可以使用sscan来完成，后面介绍】

集合间操作：

1：求多个集合交集
sinter key [key …]

2：求多个集合的并集
sunion key [key …]

3：求多个集合的差集
sdiff key [key …]

4：将交集、并集、差集的结果保存
sinterstore destination key [key …]
sunionstore destination key [key …]
sdiffstore destination key [key…]
【集合间的运算在元素较多的情况下会比较耗时，所以 (原命令+store) 将集合间的交集、并集、差集的结果保存在destination key 中 】

内部编码

intset(整数集合)：当集合中的元素都是整数且元素个数小于set-max-intset-entries配置（默认512个）时，redis会选用intset来作为集合的内部编码，减少内存使用。
hashtable(哈希表)：当集合类型无法满足intset的条件时，Redis会使用hashtable作为集合的内部实现。

使用场景

比较典型的场景就是标签。
给用户添加标签，给标签添加用户 sadd

spop/srandmember = Random item(生成随机数，如抽奖)
sadd+sinter = Social Graph (社交需求)

5：有序集合（zset）

不可重复，但是元素可以排序，它不是和列表使用索引作为排序依据，而是给每一个元素设置一个score作为排序依据。
有序集合中的元素不能重复，但是score可以重复。

命令

集合内

1：添加
zadd key score member [score member …]
【返回结果代表成功添加成员的个数】
【Redis3.2为zadd命令添加了 nx，xx，ch，ch四个选项
nx : member必须不存在才可以设置成功，用于添加。
xx：member必须存在，才可以设置成功，用于更新。
ch：返回此次操作后，有序集合和分数发生变化的个数。
incr：对score做增加，相当于zincrby】
【有序集合相比集合提供了排序字段，但也产生了代价，zadd的时间复杂度为O(log(n))，sadd的时间复杂度为O(1)】

2：计算成员个数
zcard key

3：计算某个成员的分数
zscore key member
【成员不存在返回nil】

4：计算成员的排名
zrank key member 【分数从低到高返回排名】
zrevrank key member 【从高到低返回排名】
【排名从0开始计算】

5：删除成员
zrem key member [member …]
【返回成功删除的个数】

6：增加成员的分数
zincrby key increment member
:> zincrby user:ranking 9 tom

7：返回指定排名范围的成员
zrange key start end [withscoes]
zrevrange key start end [withscores]
【加上withscores同时会返回成员的分数】

8：返回指定分数范围的成员
zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count]
zrevrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count]
【[limit offset count]选项可以限制输出的起始位置和个数】
【同时min和max 还支持开区间（小括号）和闭区间（中括号），-inf和 +inf分别代表无限小和无限大】
：>zrangebyscore user:ranking (200 +inf withscores

9：返回指定分数范围的成员个数
zcount key min max

10：删除指定排名内的升序元素
zremrangebyrank key start end

11：删除指定分数范围的成员
zremrangebyscore key min max

集合间操作

1：交集
2：并集
此处略。

内部编码

有序集合的内部编码有两种
1:ziplist(压缩列表) 当有序集合的元素个数小于 zset-max-ziplist-entries配置（默认128个）,同时每个元素的值都小于zset-max-ziplist-value配置（默认64字节）时，Redis会使用ziplist来作为有序集合的内部实现，可以有效减少内存的使用。
2：skiplist(跳跃表) 当ziplist 条件不满足时，有序集合会使用skiplist作为内部实现，此时ziplist的读写效率会下降。

使用场景

有序集合比较典型的场景就是 排行榜。
如视频网站需要对用户上传的视频做排行榜，榜单的维度可以使多个方面的：按时间、播放量、获得赞数。
如添加用户赞数：zadd 和 zincrby
取消赞：zrem.