一、数据结构与内部编码¶

1.1 全局命令¶

Redis有5种数据类型，它们是键值对中的值，对于键来说有一些通用的命令。我们可以通过 dis.cn/commands.html 查看redis的命令。

查看当前库所有key，时间复杂度是O（n）

keys *

键总数，时间复杂度是O（1）

dbsize

检查键是否存在，如果键存在则返回1，不存在则返回0

exists key
127.0.0.1:6379> exists java
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists not_exist_key
(integer) 0

删除键

del key [key ...]
unlink key  #非阻塞，可用版本>= 4.0.0

键过期

expire key seconds
ttl key  #查看key还有多少秒过期，-1表示没设置过期时间，-2表示不存在

键的数据结构类型

type key

其他命令

select 1  #切换数据库
flushdb  #清空当前库
flushall  #清空全部库
rename key newkey  #键重命名
randomkey  #随机返回一个键

1.2 内部编码¶

type命令实际返回的就是当前键的数据结构类型，它们分别是：string（字符串）、hash（哈希）、list （列表）、set（集合）、zset（有序集合），但这些只是Redis对外的数据结构。

查看内部编码

127.0.0.1:6379> object encoding hello
"embstr"
127.0.0.1:6379> object encoding mylist
"ziplist"

这样设计的优势：

改进内部编码，对外的数据结构和命令没有影响
多种内部编码实现可以在不同场景下发挥各自的优势

1.3 内存模型¶

1、dictEntry，每个键值对都对应一个dictEntry，里面存储了指向Key和Value的指针，next指向下一个dictEntry，与本Key-Value无关。

2、Key：左上角可见，Key（“hello”）并不是直接以字符串存储，而是存储在SDS结构中，但是这个SDS是一个指定长度的，没有空闲空间的sds。

3、redisObject：Value（“world”）既不是直接以字符串存储，也不是像Key一样直接存储在SDS中，而是存储在redisObject中。实际上，不论Value是5种类型的哪一种，都是通过RedisObject来存储的。

redisObject数据结构：

typedef struct redisObject{
    //用于表示存储的对象类型
    unsigned type:4;
    //数据结构的编码
    unsigned encoding:4;
    //LRU策略
    unsigned lru:LRU_BITS;
    //引用次数
    int refcount;
    //指针，指向具体的数据类型
    void *ptr;
}

二、常用五大数据类型¶

string，hash，list，set，zset

2.1 String¶

String类型是Redis最基本的数据类型
value可以是字符串、数字、二进制
值最大不能超过512MB

常用命令-单个键值

设置的单个键值

set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx|xx]

ex seconds：为键设置秒级过期时间。
px milliseconds：为键设置毫秒级过期时间。
nx：键必须不存在，才可以设置成功，用于添加。
xx：与nx相反，键必须存在，才可以设置成功，用于更新

setex 和 setnx

setex key seconds value
setnx key value
127.0.0.1:6379> setnx hello redis # 因为键redis已存在，所以setnx失败，返回结果为0
(integer) 0

获取值

get key
127.0.0.1:6379> get hello
"world"
127.0.0.1:6379> get aaa
(nil)

计数

incr key

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

示例

127.0.0.1:6379> get counter
"2"
127.0.0.1:6379> incr counter
(integer) 3
127.0.0.1:6379> get counter
"3"
127.0.0.1:6379> incrby counter 100
(integer) 103
127.0.0.1:6379> get counter
"103"
127.0.0.1:6379> decr counter
(integer) 102

其他命令

（1）追加值

append <key> <value>  #将给定的<value>追加到原值的末尾
127.0.0.1:6379> get key
"redis"
127.0.0.1:6379> append key world
(integer) 10
127.0.0.1:6379> get key
"redisworld"

（2）字符串长度

strlen <key>  #获得值的长度

（3）设置并返回原值

getset key value

（4）设置指定位置的字符

setrange key offeset value
#下面操作将值由pest变为了best：
127.0.0.1:6379> set redis pest
OK
127.0.0.1:6379> setrange redis 0 b
(integer) 4
127.0.0.1:6379> get redis
"best"

（5）获取部分字符串

getrange key start end
127.0.0.1:6379> getrange redis 0 1
"be"

字符串类型命令的时间复杂度，如下图所示：/ 结合自身业务需求和数据大小选择适合的命令 /

Redis 原子性操作

所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch （切换到另一个线程）。

1、在单线程中，能够在单条指令中完成的操作都可以认为是“原子操作”，因为中断只能发生于指令之间。

2、在多线程中，不能被其它进程（线程）打断的操作就叫原子操作。Redis单命令的原子性主要得益于Redis的单线程。即使6.0以后变成了多线程，由于只有主线程执行命令，所以命令的原子性还是可以保证的。

多个键值

批量设置值

mset key value [key value ...]
msetnx key value [key value ...]
127.0.0.1:6379> mset a 1 b 2 c 3 d 4
OK

批量获取值

mget key [key ...]

数据结构

String的数据结构为简单动态字符串(Simple Dynamic String,缩写SDS)。具有以下特点：

1、长度可变：SDS内部使用一个len属性记录当前字符串的长度，因此可以动态地扩展和缩小字符串的大小，从而满足各种需求。

2、二进制安全：SDS中的内容不以任何形式被视为C字符串，因此可以存储任何类型的数据，包括二进制数据、图片、音频等等。

3、空间预分配：在SDS中，每个字符串都会预分配一定的额外空间，避免了多次扩容和内存重新分配的开销，提高了存储和读取数据的效率。

4、缓冲区复用：在SDS中，当一个字符串被修改后，原来的缓冲区不会被立即释放，而是被保留在SDS中，以便以后可以被复用。

5、O(1)复杂度的长度计算：SDS通过使用len属性来存储字符串长度，使得计算字符串长度的复杂度为O(1)。

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44个字节的字符串（一次空间申请，空间紧凑）
raw：大于44个字节的字符串。

示例

127.0.0.1:6379> set key22 "one string greater than 44 byte............."
OK
127.0.0.1:6379> strlen key22
(integer) 44
127.0.0.1:6379> object encoding key22
"embstr"
127.0.0.1:6379> set key33 "one string greater than 45 byte.............."
OK
127.0.0.1:6379> strlen key33
(integer) 45
127.0.0.1:6379> object encoding key33
"raw"

数据结构如下：

len：已用空间

alloc：sds申请的buf总空间

flags：标志符，是sds8/sds16/sds32/sds64/sds128等

buf[]：存储字符串的字节数组

所以key的最大长度为sds128，计算完以后最大长度为512M。

应用场景

缓存

计数器
共享session
限速

2.2 hash¶

1、简介

Redis hash 是一个键值对集合。

Redis hash是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象。

字符串与哈希对比

2、常用命令

设置值

hset key field value
hmset key field value [field value ...] #批量设置field-value

查询

hget key field #获取field的值
hmget key field [field ...] #批量获取field-value
hkeys key #获取所有field
hvals key #获取所有value
hgetall key #获取所有的field-value
hlen key #计算field个数
hexists key field #判断field是否存在
hstrlen key field #计算value的字符串长度

删除field

hdel key field [field ...]
#计数
hincrby key field
hincrbyfloat key field

3、数据结构

Hash类型对应的数据结构是两种：

ziplist（压缩列表）
hashtable（哈希表）。当field-value长度较短且个数较少时，使用ziplist，否则使用 hashtable。

127.0.0.1:6379> hmset hashkey f1 v1 f2 v2
OK
127.0.0.1:6379> object encoding hashkey
"ziplist"
127.0.0.1:6379> hstrlen hashkey f5
(integer) 75
127.0.0.1:6379> object encoding hashkey
"hashtable"

4、应用场景

缓存对象，一个key里有多个字段，比如缓存用户登录信息，如果使用hash 存储，会比直接使用json 存储节省很多空间

Redis 数据结构基础与 String、Hash 实战