盘一盘Redis的底层数据结构

2022-10-27 10:16:15 浏览数 (1)

大家好,我是陌溪

前言

Redis 是一个高性能的分布式内存数据库,在国内的公司也有着非常广泛的使用场景。因此,在面试过程中,关于 Redis 相关的知识点,也是经常被问到的。

下面这题,就是之前面试的时候遇到过的,让我们一起来学习一下吧~

Redis 有那些数据结构?以及它们的使用场景?

Redis五种数据结构

Redis 为我们提供了 5 种数据结构,分别是以下几种:

  • String(终究是我扛下来所有)
  • Hash(存储对象我也行)
  • List(栈和队列我都行)
  • Set(标签系统我在行)
  • Sort Set(排起名来我最棒)

然而,在我们的实际编程开发中,有大多数的开发者仅仅只会使用简单的 RedisString 类型,也就是里面的 GetSet 方法

当然也包括我,终究还是用 String 扛下了全部

代码语言:javascript复制
// 设置键值
stringRedisTemplate.opsForValue().set("key", "value");
// 获取键值
stringRedisTemplate.opsForValue().get("key");

下面,就让我们一起来深入学习 Redis5 种数据类型,以便能够在不同的业务场景中游刃有余,而不是做一个只会用 String 的同学。

字符串

字符串类型是 Redis 最基础的数据结构,其他几种数据结构都是在字符串类型基础上构建的。

字符串类型的值是字符串(简单的字符串、复杂的字符串(例如 JSONXML))、数字(整数、浮点数),甚至是二进制(图片、音频、视频)等。

字符串

字符串对象的内部编码有 3 种 :intrawembstrRedis 会根据当前值的类型和长度来决定使用哪种编码来实现

  • int:如果一个字符串对象保存的是整数值,并且这个整数值可以用long类型来表示
  • raw:如果字符串对象保存的是一个字符串值,并且这个字符串值的长度大于32字节
  • embstr:如果字符串对象保存的是一个字符串值,并且这个字符申值的长度小于等于32字节

Reids 字符串的使用场景是最为广泛的,甚至有些对 Redis 其它几种对象不太熟悉的人,基本所有场景都会使用字符串(序列化一下直接扔进去),这让本身很单纯的字符串承受了它这个年纪本不该承受的重量。其实 Redis 的主要使用场景主要有以下几种:

  • 作为缓存层,缓存热点数据
  • Redis 字符串可以自增自减的特性可以用来做计数器、限速器、自增ID生成等
  • 分布式系统的 Session 共享
  • 二进制数据的存储

哈希

哈希对象用来存储一组数据对,每个数据对又包含键值两部分

哈希

Hash对象也有两种实现方式:ziplist(压缩列表)和 hashtable(哈希表)

同样,只有当存储的数据量比较小的情况下,Redis才使用压缩列表来实现哈希对象,具体需要满足两个条件

  • 字典中保存的键和值的大小都要小于 64 字节
  • 字典中键值对的个数要小于 512

当不能同时满足上面的两个条件时,Redis 就使用哈希表来实现Hash对象

当存储的内容是对象的时候,Redis 字符串对象很多功能使用Redis 哈希对象也可以实现,如缓存用户信息的时候,使用 Redis 哈希对象存储,简单直观,如果使用合理可以减少内存空间的使用。

但是也有其缺点,就是要控制哈希在 ziplisthashtable 两种内部编码的转换,hashtable 将会消耗更多的内存。

此外,Hash对象还可以实现购物车和计数器等功能

列表

列表这种对象支持存储一组有序的,且可以重复的数据。因为其有序性,它可以获取指定范围的元素列表,可以在 O(1) 的时间复杂度获取指定索引的下标的元素等。

列表

Redis3.2 版本以前列表类型的内部编码有两种。当满足下面两个条件的时候,Redis 列表对象使用 ziplist(压缩列表)来实现。

  • 当列表的元素个数小于 list-max-ziplist-entries 配置(默认512个)
  • 当列表中每个元素的值都小于 list-max-ziplist-value 配置时(默认64字节)

当列表类型无法满足 ziplist 条件时,Redis会使用linkedList作为列表的内部实现。

而在Redis3.2版本开始怼列表数据结构进行改造,使用quickList代替了zipList和linkedList。

由于列表对象的有序且不可重复的特性,它比较适合用来做文章、商品等列表的存储。

列表类型可以lpush(左侧push),同时又可以使用rpop(右侧弹出)第一个元素,所以列表类型具有先进先出的特性,可以用来实现消息队列,也可以lpush(左侧push)和lpop(左侧弹出),具有后进先出的特性,因此开发中需要使用栈的时候,我们可以使用列表对象来实现。

集合

集合对象是一个无序且唯一的键值集合。它的存储顺序不会按照插入的先后顺序进行存储,与列表不同的是它存储的数据是无序且不重复的。

集合

集合对象的内部编码也有两种,intest(整数集合)与hashtable(哈希表),当满足下面两个条件的时候,集合对象使用intset来实现

  • 集合中的元素都是整数
  • 集合中元素的个数小于 set-maxintset-entries 配置(默认 512 个)

不满足上面两个条件时,集合对象使用hashtable来实现

集合对象的主要两个特性就是:无序不可重复支持并交差,因此可以用来做标签系统

而集合中的 SPOP (随机移除并返回集合中一个或多个元素)和 SRANDMEMBER (随机返回集合中一个或多个元素) 命令可以帮助我们实现一个抽奖系统

有序集合

有序集合类型 ( Sorted SetZSet ) 相比于集合类型多了一个排序属性 score(分值),对于有序集合 ZSet 来说,每个存储元素相当于有两个值组成的,一个是有序结合的元素值,一个是排序值。有序集合保留了集合不能有重复成员的特性(分值可以重复),但不同的是,有序集合中的元素可以排序。

有序集合

有序集合是由 ziplist (压缩列表)或 skiplist (跳跃表)组成的。

当数据比较少时,有序集合使用的是 ziplist 存储的,有序集合使用 ziplist 格式存储必须满足以下两个条件:

  • 有序集合保存的元素个数要小于 128 个;
  • 有序集合保存的所有元素成员的长度都必须小于 64 字节。

如果不能满足以上两个条件中的任意一个,有序集合将会使用 skiplist 结构进行存储。

有序集合比较典型的使用场景就是排行榜系统例如学生成绩的排名。某视频(博客等)网站的用户点赞、播放排名、电商系统中商品的销量排名等。

小结

Redis 提供了五种最基础也是最常用的对象(数据类型):String、Hash、ListSet、ZSet。了解这五种对象的有助于我们更好的在日常开发中对Redis进行使用。

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