Redis实战 | 5种Redis数据类型详解

Posted 2021-03-22 happyone

我们知道Redis是目前非常主流的KV数据库，它因高性能的读写能力而著称，其实还有另外一个优势，就是Redis提供了更加丰富的数据类型，这使得Redis有着更加广泛的使用场景。那Redis提供给用户的有哪些数据类型呢？主要有：string（字符串）、List（列表）、Set（集合）、Hash（哈希）、Zset（有序集合）、HyperLogLogs（计算基数用的一种数据结构）、Streams（Redis 5.0提供一种建模日志用的全新数据结构）。

需要注意的是这里说的数据类型是指Redis值的数据类型，而Redis键的类型总是string。

本文主要详解一下前5种，也就是最常用的5种数据类型。剩下两种可上Redis官网（redis.io）自行了解下。另外，Redis已经是目前Java程序员面试必问内容，而 “Redis有哪些数据类型？” 更是面试官张口就来的基础问题。如果连这第一问都过不了，那基本上Redis这块已经凉凉了。

string | 字符串类型

redis的字符串类型，可以存储字符串、整数或者浮点数。如果存储的是整数或者浮点数，还能执行自增或者自减操作。

并且redis的string类型是二进制安全的，它可以包含任何数据，比如一个序列化的对象、一个图片字节流等。不过存储大小是由上限的-512M

这里解释下二进制安全的含义：简单的来说，就是字符串不是根据某种特殊的标志位来（C语言的）解析的，无论输入的是什么，总能保证输出是处理的原始输入而不是根据某种特殊格式来处理。

redis是怎么实现string类型的二进制安全的呢？

答案是Sds （Simple Dynamic String，简单动态字符串），Redis底层定义了自己的一种数据结构。（简单了解下）

typedef char *sds;

struct sdshdr {

    // buf 已占用长度
    int len;

    // buf 剩余可用长度
    int free;

    // 实际保存字符串数据的地方
    char buf[];
};

操作字符串的一些命令

基础set、get、del命令及示例

get keyname 获取存储在给定键中的值
set keyname value 设置存储唉给定键中的值
del keyname 删除存储在给定键中的值（通用命令，适用于所有类型）

127.0.0.1:6379> set happy today
OK
127.0.0.1:6379> get happy
"today"
127.0.0.1:6379> del happy
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get happy
(nil)
127.0.0.1:6379> 

自增和自减命令

incr keyname 将键存储的值加1
decr kename 将键存储的是减1
incrby keyname amount 将键存储的值加上整数amount
decrby keyname amount 将键存储的值减去整数amount
incrbyfloat keyname amount 将键存储的值加上浮点数amount

127.0.0.1:6379> set number 1
OK
127.0.0.1:6379> get number
"1"
127.0.0.1:6379> incr number
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get number
"2"
127.0.0.1:6379> decr number
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get number
"1"
127.0.0.1:6379> incrby number 3
(integer) 4
127.0.0.1:6379> get number
"4"
127.0.0.1:6379> decrby number 2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get number
"2"
127.0.0.1:6379> incrbyfloat number 1.23
"3.23"
127.0.0.1:6379> get number
"3.23"

子串和二进制位命令

append keyname value 追加value值到指定字符串末尾
getrange keyname start end 获取start到end范围的所有字符组成的子串，包括start和end在内
setrange keyname offset value 从偏移量 offset 开始， 用 value 参数覆写(overwrite)键 keyname 储存的字符串值。
getbit keyname offset 对 keyname 所储存的字符串值，获取指定偏移量上的位(bit)。
setbit keyname offset value 对 keyname 所储存的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位(bit)。

注意redis的索引以0为开始

127.0.0.1:6379> get hello
"world"
127.0.0.1:6379> append hello ,java
(integer) 10
127.0.0.1:6379> get hello
"world,java"
127.0.0.1:6379> getrange hello 2 5
"rld,"
127.0.0.1:6379> setrange hello 6 redis
(integer) 11
127.0.0.1:6379> get hello
"world,redis"
127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6379> setbit bitstr 100 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> getbit bitstr 100
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get bitstr
"x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00x00"
127.0.0.1:6379> 

其他几个重要的命令

setnx key value 只在键 key 不存在的情况下， 将键 key 的值设置为 value；若键 key 已经存在， 则 SETNX 命令不做任何动作。
setex key seconds value 将键 key 的值设置为 value ， 并将键 key 的生存时间设置为 seconds 秒钟。如果键 key 已经存在， 那么 SETEX 命令将覆盖已有的值。

说明一下：

• SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，则 SET)的简写。命令在设置成功时返回 1 ， 设置失败时返回 0 。
• SETEX命令相当于SET key value 和 EXPIRE key seconds # 设置生存时间两条命令的效果，但是SETEX是一个原子操作。

127.0.0.1:6379> exists mark
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setnx mark abcd
(integer) 1
127.0.0.1:6379> setnx mark defg
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get mark
"abcd"
127.0.0.1:6379> setex cachekey 20 ak98
OK
127.0.0.1:6379> get cachekey
"ak98"
127.0.0.1:6379> ttl cachekey
(integer) 2

List | 列表类型

Redis的列表类型和许多程序语言中的列表类型类似，可以有序地存储多个字符串。

支持从列表的左端和右端推入或弹出元素。Redis列表的底层实现是压缩列表（redis内容自己实现的数据结构）和双端链表。看下图

图片来自《Redis 设计与实现》

列表操作命令详解

lpush key value [value...]

将一个或者多个value值插入列表的表头。如果 key 不存在，会创建一个空列表并执行 LPUSH 操作。当 key 存在但不是列表类型时，返回一个错误。

执行 LPUSH 命令后，会返回列表的长度。

127.0.0.1:6379> lpush listkey a
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lpush listkey a b c
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "c"
2) "b"
3) "a"
4) "a"
127.0.0.1:6379> 

• list类型可以加入重复的元素，这个和后面要说的set（集合类型）不同。
• lrange listkey 0 -1 是获取整个列表的内容
• 类似地rpush命令是从列表右端加入元素

LPOP key

从列表的左端弹出一个值，并返回被弹出的值

127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "c"
2) "b"
3) "a"
4) "a"
127.0.0.1:6379> lpop listkey
"c"
127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "b"
2) "a"
3) "a"
127.0.0.1:6379> 

lrange key start end

获取列表key在给定start到end范围上的所有元素值。

0表示第一个元素，-1表示最后一个元素。

127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "b"
2) "a"
3) "a"
127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 1
1) "b"
2) "a"
127.0.0.1:6379>

lindex key index

获取列表在给定index位置上的单个元素值。

可以是-1，代表最后一个元素，-2表示倒数第二个元素，以此类推。

127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "b"
2) "a"
3) "a"
127.0.0.1:6379> lindex listkey 0
"b"
127.0.0.1:6379> lindex listkey -1
"a"
127.0.0.1:6379> lindex listkey 3
(nil)
127.0.0.1:6379> 

blpop key [key …] timeout

blpop 是阻塞式的弹出命令，它是lpop key 命令的阻塞版本。当给定列表内没有任何元素可供弹出的时候，连接将被 blpop 命令阻塞，直到等待超时或发现可弹出元素为止。

当给定多个 key 参数时，按参数 key 的先后顺序依次检查各个列表，弹出第一个非空列表的头元素。

因此可以分两种情况讨论，一种是至少有一个key存在且是非空列表，则blpop命令不会阻塞，另外是blpop命令中的列表是空列表，此时会在超时时间内阻塞。

先看下非阻塞的场景，返回值是第一个非空列表名和被弹出元素。

127.0.0.1:6379> lpush list1 hello java
(integer) 2
127.0.0.1:6379> lpush list2 hello redis
(integer) 2
127.0.0.1:6379> blpop list2 list1 list3 0
1) "list2"
2) "redis"
127.0.0.1:6379> 

阻塞的场景，在执行了blpop book1 book2 300 命令后会一直阻塞住。

127.0.0.1:6379> exists book1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> exists book2
(integer) 0
127.0.0.1:6379> blpop book1 book2 300
阻塞在这里了

这个时候，我们如果在开另外一个redis客户端，执行如下lpush命令往book1列表中推入一个元素。

127.0.0.1:6379> lpush book1 springboot
(integer) 1
127.0.0.1:6379> 

此时，再回到原来阻塞的客户端，已经弹出了元素。

127.0.0.1:6379> exists book1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> exists book2
(integer) 0
127.0.0.1:6379> blpop book1 book2 300
1) "book1"
2) "springboot"
(237.45s)
127.0.0.1:6379> 

通过利用Redis列表类型的阻塞式命令的特性，我们最容易想到的就是可以用它实现一个简易版的消息队列。

set | 集合类型

Redis的集合以无序的方式存储多个不同的元素。这里要注意的是无序和不同。

除了对集合能快速执行添加、删除、检查一个元素是否在集合中之外，还可以对多个集合执行交集、并集和差集运算。

底层实现概述

Redis的集合类型底层实现主要是通过一种叫做字典的数据结构。不过Redis为了追求极致的性能，会根据存储的值是否是整数，选择一种intset的数据结构。当满足一定条件后，会切换成字典的实现。

这里大概解释下字典： 其实是由一集键值对（key-value pairs）组成， 各个键值对的键各不相同， 程序可以添加新的键值对到字典中， 或者基于键进行查找、更新或删除等操作。

Redis的set（集合）在使用字典数据结构保存数据时，将元素保存到字典的键里面， 而字典的值则统一设为 NULL 。

集合类型操作命令详解

sadd key member [member...]

将一个或者多个元素添加到集合key中，已存在于集合中的元素将被忽略。返回新添加的元素数量，不包括忽略的元素。

srem key member [member...]

移除集合中的一个或多个元素，不存在的元素将被忽略。返回被成功移除的元素数量。

sismember key meber

检查元素member是否存在于集合key中。如果是返回1，不是或者key不存在，返回0。

scard key 返回集合包含的元素数量
spop key 随机移除集合中的一个元素，并返回被移除元素。
smembers key 返回集合中包含的所有元素

127.0.0.1:6379> sadd set1 java spring redis
(integer) 3
127.0.0.1:6379> smembers set1
1) "redis"
2) "spring"
3) "java"
127.0.0.1:6379> scard set1
(integer) 3
127.0.0.1:6379> srem set1 spring
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sismember set1 spring
(integer) 0
127.0.0.1:6379> smembers set1
1) "redis"
2) "java"
127.0.0.1:6379> sadd set1 mysql spring
(integer) 2
127.0.0.1:6379> spop set1
"redis"
127.0.0.1:6379> smembers set1
1) "mysql"
2) "spring"
3) "java"
127.0.0.1:6379>

下面是一些用于处理多个集合的一些命令

sdiff key [key...] 返回存在于第一个集合，但不存在于其他集合中的元素（数学上的差集运算）
sinter key [key...] 返回同时存在于所有集合中的元素（数学上的交集运算）
sunion key [key...] 返回至少存在于一个集合中的元素（数学上的并集运算）

127.0.0.1:6379> smembers set1
1) "mysql"
2) "spring"
3) "java"
127.0.0.1:6379> smembers set2
1) "mysql"
2) "springboot"
3) "redis"
127.0.0.1:6379> sdiff set1 set2
1) "java"
2) "spring"
127.0.0.1:6379> sinter set1 set2
1) "mysql"
127.0.0.1:6379> sunion set1 set2
1) "mysql"
2) "springboot"
3) "java"
4) "spring"
5) "redis"
127.0.0.1:6379>

hash | 散列表（哈希表）

Redis的hash类型其实就是一个缩减版的redis。它存储的是键值对，将多个键值对存储到一个redis键里面。

底层实现概述

hash类型的底层主要也是基于字典这种数据结构来实现的。

redis内部在实现hash数据类型的时候是使用了两种数据结构。在创建一个空的hash表时，默认使用的是ziplist的数据结构，满足一定条件后会转成字典的形式。

散列表操作命令详解

hmget hash-key key [key...] 从散列表里面获取一个或多个键的值
hmset hash-key key value [key value...] 为散列表里面的一个或多个键设置值
hdel hash-key key [key...] 删除散列表里面的一个或多个键值对，返回删除成功的键值对的数量
hlen hash-key 返回散列表包含的键值对的数量
hexists hash-key key 检查给定的键是否存在于散列表中
hkeys hash-key 获取散列包含的所有键
hvals hash-key 获取散列包含的所有值
hgetall hash-key 获取散列包含的所有键值对

127.0.0.1:6379> hmset hash1 username tom email 123@123 year 12
OK
127.0.0.1:6379> hmget hash1 email
1) "123@123"
127.0.0.1:6379> hlen hash1
(integer) 3
127.0.0.1:6379> hdel hash1 year
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hexists hash1 year
(integer) 0
127.0.0.1:6379> hkeys hash1
1) "username"
2) "email"
127.0.0.1:6379> hvals hash1
1) "tom"
2) "123@123"
127.0.0.1:6379> hgetall hash1
1) "username"
2) "tom"
3) "email"
4) "123@123"
127.0.0.1:6379>

zset | 有序集合

有序集合相比较于集合，多个有序两个字，我们知道set集合类型存储的元素是无序的，那Redis有序集合是怎么保证有序的？使用分值，有序集合里存储这成员与分值之间的映射，并提供了分值处理命令，以及根据分值的大小有序地获取成员或分值的命令。

底层实现概述

Redis有序集合的实现使用了一种叫跳跃表的数据结构（简称跳表，可自行查阅），同时也使用到了前面提到的压缩列表。也是满足一定条件的话，会自行转换。

有序集合操作命令详解

zadd z-key score memer [score member...] 将带有给定分值的成员添加到有序集合里面
zrem z-key member [member...] 从有序集合里面移除给定的成员，并返回被移除成员的数量
zcard z-key 返回有序集合包含的成员数量
zincrby z-key increment member 将member成员的分值加上increment
zcount z-key min max 返回分值介于min和max之间的成员数量
zrank z-key member 返回成员member在有序集合中的排名
zscore z-key member 返回成员member的分值
zrange z-key start stop [withscores] 返回有序集合中排名介于start和stop之间的成员，如果给定了可选的withscores选项，name命令会将成员的分值也一并返回。

zrevrank z-key member 返回有序集合里成员member的排名，成员按照分值从大到小排列。
zrevrange z-key start stop 返回有序集合给定排名范围内的成员，成员按照分值从大到小排列。
zrangebyscore z-key min max 返回有序集合中分值介于min和max之间的所有成员

127.0.0.1:6379> zadd zset1 10 a 12 b 1 c 3 d 20 e
(integer) 5
127.0.0.1:6379> zcard zset1
(integer) 5
127.0.0.1:6379> zcount zset1 2 10
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zrank zset1 d
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zscore zset1 e
"20"
127.0.0.1:6379> zrange zset1 3 5
1) "b"
2) "e"
127.0.0.1:6379> zrevrank zset1 d
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zrevrange zset1 3 5
1) "d"
2) "c"
127.0.0.1:6379> zrangebyscore zset1 5 10
1) "a"
127.0.0.1:6379> 

作者Info：
公众号：二营长的笔记
闲话：用技术筑起自己的风墙，当外面的枪林弹雨来临的时候，至少可以来个“面对疾风吧！！！”