redis 基础数据类型

redis 数据类型

redis简介

Remote Dictionary Server（即远程字典服务），它是一个基于内存实现的键值型非关系（NoSQL）数据库。

具有以下特点：

Redis 不仅可以将数据完全保存在内存中，还可以通过磁盘实现数据的持久存储；
Redis 支持丰富的数据类型，包括 string、list、set、zset、hash 等多种数据类型，因此它也被称为“数据结构服务器”；
Redis 支持主从同步，即 master-slave 主从复制模式。数据可以从主服务器向任意数量的从服务器上同步，有效地保证数据的安全性；
Redis 支持多种编程语言，包括 C、C++、Python、Java、PHP、Ruby、Lua 等语言。

Redis体系架构主要分为两个部分：

Redis服务端：能够把数据存储到内存中，并且起到管理数据的作用。
Redis客户端：连接服务端。

启动redis服务端：

1	redis-server

启动redis客户端：

1 2	redis-cli -h [ip] -p [port] -a [password] redis-cli

数据类型是 Value（值）的数据类型，而非 key。

key 的类型对应着 value 的类型，同样也有五种（string、list、hash、set、zset）。

在 key 的取值上，使用“见名知意”的字符串格式，便于理解 key 的含义。

定时策略：Redis 会把每个设置了过期时间的 key 存放到一个独立的字典中，并且会定时遍历这个字典来删除到期的 key。

惰性策略：当客户端访问这个 key 的时候，Redis 对 key 的过期时间进行检查，如果过期了就立即删除。

Redis 使用两种方式相结合的方法来处理过去的 key。

string 字符串

string 结构

String 是 Redis 最基本的数据类型。字符串是一组字节，一个字符串类型的值最多能够存储 512 MB 的内容。String 的实现属于特殊结构 SDS（Simple Dynamic String）即简单动态字符串）

结构定义：

struct sdshdr{
     //记录buf数组中已使用字符的数量，等于 SDS 保存字符串的长度
     int len;
     //记录 buf 数组中未使用的字符数量
     int free;
     //字符数组，用于保存字符串
     char buf[];
}

将字符串存储到字符类型的buf[]中，并使用 len、free对buf[]数组的长度和未使用的字符数进行描述。

当字符串所占空间小于 1MB 时，Redis 对字符串存储空间的扩容是以成倍的方式增加的；而当所占空间超过 1MB 时，每次扩容只增加 1MB。Redis 字符串允许的最大值字节数是 512 MB。

string命令

1	SET key value [EX seconds\|PX milliseconds] [NX\|XX]

其含义如下所示：

EX seconds：设置指定的过期时间，以秒为单位；
PX milliseconds：设置指定的过期时间，以毫秒为单位；
NX：先判断 key 是否存在，如果 key 不存在，则设置 key 与 value；
XX：先判断 key 是否存在，如果 key 存在，则重新设置 value。

string 类型提供了一些专门操作数值的命令，比如 INCRBY（自增）、DECRBR（自减）、INCR（加1）和 DECR（减1）等命令。此时 key 对应的 value 值是必须是一个整数，或浮点数，使用命令对这个数值进行自增或自减操作。

INCRBYFLOAT该命令是 string 中唯一操作浮点数的命令，浮点数可以为正数或者负数，从而实现对数值的加减操作。

1	INCRBYFLOAT fans:num -10.5

hash 散列

hash 结构

一个包含了多个键值对的集合。一般被用来存储对象。hash（哈希散列）是由字符类型的 field（字段）和 value 组成的哈希映射表结构（也称散列表），在 hash 类型中，field 与 value 一一对应，且不允许重复。

对 value 进行查询时，这个值只能以字符串的形式返回。

其底层存储结构有两种实现方式。

第一种，当存储的数据量较少的时，hash 采用 ziplist 作为底层存储结构，此时要求符合以下两个条件：

哈希对象保存的所有键值对（键和值）的字符串长度总和小于 64 个字节。
哈希对象保存的键值对数量要小于 512 个。

第二种，dict（字典结构）是一个无序的字典，并采用了数组和链表相结合的方式存储数据。dict 是基于哈希表算法实现的，因此其查找性能非常高效，其时间复杂度为 O(1)。

list列表

list 结构

List 中的元素是字符串类型，其中的元素按照插入顺序进行排列，允许重复插入。可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。

是一个链表而非数组，其插入、删除元素的时间复杂度为 O(1)，但是查询速度欠佳，时间复杂度为 O(n)。

Redis 列表的底层存储结构，是一个快速链表（quicklist）的结构。当列表中存储的元素较少时，Redis 会使用一块连续的内存来存储这些元素，这个连续的结构被称为 ziplist（压缩列表），它将所有的元素紧挨着一起存储。当数据量较大时，Redis 列表就会是用 quicklist（快速链表）存储元素。

队列和栈实现

右进左出（队列）

1
2
3

Rpush book c python java
lpop book
lpop book

右进右出（栈）

1
2
3

RPUSH book  c python java
rpop book
rpop book

set集合

set 结构

Set 是一个字符串类型元素构成的无序集合。在 Redis 中，集合是通过哈希映射表实现的，所以无论是添加元素、删除元素，亦或是查找元素，它们的时间复杂度都为 O(1)。

当集合中最后一个成员被删除时，存储成员所用的数据结构也会被自动删除。

底层存储结构，分别是 intset（整型数组）与 hash table（哈希表），当 set 存储的数据满足以下要求时，使用 intset 结构：

集合内保存的所有成员都是整数值；
集合内保存的成员数量不超过 512 个。

当不满足上述要求时，则使用 hash table 结构。

intset 的结构体定义：

typedf struct inset{
    uint32_t encoding;//指定编码方式，默认为INSET_ENC_INT16
    uint32_t length;//集合内成员的总个数
    int8_t contents[];//实际存储成员的数组，并且数组中的数值从小到大依次排列
}inset;

zset有序集合

zset 结构

zset 是一个字符串类型元素构成的有序集合，集合中的元素不仅具有唯一性，而且每个元素还会关联一个 double 类型的分数，该分数允许重复。Redis 通过这个分数来为集合中的成员排序。适用于排行榜类型的业务场景。

使用了两种不同的存储结构，分别是 zipList（压缩列表）和 skipList（跳跃列表），当压缩列表：

成员的数量小于128 个；
每个 member （成员）的字符串长度都小于 64 个字节。

如下：

zlbytes 是一个无符号整数，表示当前 ziplist 占用的总字节数；
zltail 指的是压缩列表尾部元素相对于压缩列表起始元素的偏移量。
zllen 指 ziplist 中 entry 的数量。当 zllen 比2^16 - 2大时，需要完全遍历 entry 列表来获取 entry 的总数目。
entry 用来存放具体的数据项（score和member），长度不定，可以是字节数组或整数，entry 会根据成员的数量自动扩容。
zlend 是一个单字节的特殊值，等于 255，起到标识 ziplist 内存结束点的作用。

跳跃列表（skipList）又称“跳表”是一种基于链表实现的随机化数据结构，其插入、删除、查找的时间复杂度均为 O(logN)。

skipList 节点最高可以达到 64 层，一个“跳表”中最多可以存储 2^64 个元素，每个节点都是一个 skiplistNode（跳表节点）。

skipList 的结构体定义：

typedf struct zskiplist{
    //头节点
    struct zskiplistNode *header;
    //尾节点
    struct zskiplistNode *tail;
    // 跳表中的元素个数
    unsigned long length;
    //表内节点的最大层数
    int level;
}zskiplist;

header：指向 skiplist 的头节点指针，通过它可以直接找到跳表的头节点，时间复杂度为 O(1)；
tail：指向 skiplist 的尾节点指针，通过它可以直接找到跳表的尾节点，时间复杂度为 O(1)；
length：记录 skiplist 的长度，也就跳表中有多少个元素，但不包括头节点；
level：记录当前跳表内所有节点中的最大层数（level）；