Redis五大基本数据类型（String、LIst、Set、Hash、ZSet）及其底层结构

2022-12-01 14:52:49 浏览数 (1)

文章目录

  • 零、Redis中Key相关操作
  • 一、字符串(String)
  • 二、列表(List)
  • 三、集合(Set)
  • 四、哈希(Hash)
  • 五、有序集合(Zset)

零、Redis中Key相关操作

  • keys * 查看当前库所有key (匹配：keys *1)
  • exists key 判断某个key是否存在
  • type key 查看你的key是什么类型
  • del key 删除指定的key数据
  • unlink key 根据value选择非阻塞删除仅将keys从keyspace元数据中删除，真正的删除会在后续异步操作。
  • expire key 10 10秒钟：为给定的key设置过期时间
  • ttl key 查看还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期
  • select 切换数据库
  • dbsize 查看当前数据库的key的数量
  • flushdb 清空当前库
  • flushall 通杀全部库

一、字符串(String)

概述

  • String是Redis最基本的类型，你可以理解成与Memcached一模一样的类型，一个key对应一个value。
  • String类型是二进制安全的。意味着Redis的String可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象。
  • String类型是Redis最基本的数据类型，一个Redis中字符串value最多可以是512M

常用命令

  • set <key><value> 添加键值对
  • get <key> 查询对应键值
  • append <key><value>将给定的 追加到原值的末尾
  • strlen <key> 获得值的长度
  • setnx <key><value> 只有在 key 不存在时 设置 key 的值
  • incr <key> 将 key 中储存的数字值增1只能对数字值操作，如果为空，新增值为
  • decr <key> 将 key 中储存的数字值减1只能对数字值操作，如果为空，新增值为-1
  • mset <key1><value1><key2><value2> ..... 同时设置一个或多个 key-value对
  • mget <key1><key2><key3> .....同时获取一个或多个 value
  • msetnx <key1><value1><key2><value2> ..... 同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在。
  • getrange <key><起始位置><结束位置> 获得值的范围，类似java中的substring，前包，后包
  • setrange <key><起始位置><value>用 <value> 覆写<key> 所储存的字符串值，从<起始位置>开始(索引从0开始)。
  • setex <key><过期时间><value> 设置键值的同时，设置过期时间，单位秒。

底层数据结构

String的数据结构为简单动态字符串。它是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于Java的ArrayList，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配.

如上图，内部为当前字符串实际分配的空间capacity一般要高于实际字符串长度length。当字符串长度小于1M时，扩容都是加倍现有的空间，如果超过1M，扩容时一次只会多扩1M的空间。需要注意的是字符串最大长度为512M。

二、列表(List)

概述

  • 相当于是单个键对应多个值。
  • Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。
  • 它的底层实际是个双向链表，对两端的操作性能很高，通过索引下标的操作中间的节点性能会较差。

常用命令

  • lpush/rpush <key><value1><value2><value3> .... 从左边/右边插入一个或多个值。
  • lpop/rpop <key> 从左边/右边吐出一个值。值在键在，值光键亡。
  • rpoplpush <key1><key2>从<key1> 列表右边吐出一个值，插到<key2>列表左边。
  • lrange <key><start><stop> 按照索引下标获得元素(从左到右)
  • lrange key 0 -1 0左边第一个，-1右边第一个，（0-1表示获取所有）
  • lindex <key><index> 按照索引下标获得元素(从左到右)
  • llen <key> 获得列表长度
  • linsert <key> before <value><newvalue> 在<value>的后面插入<newvalue>插入值
  • lrem <key><n><value> 从左边删除n个value(从左到右)
  • lset<key><index><value> 将列表key下标为index的值替换成value

底层数据结构

List的数据结构为快速链表quickList。首先在列表元素较少的情况下会使用一块连续的内存存储，这个结构是ziplist，也即是压缩列表。它将所有的元素紧挨着一起存储，分配的是一块连续的内存。当数据量比较多的时候才会改成quicklist。

因为普通的链表需要的附加指针空间太大，会比较浪费空间。比如这个列表里存的只是int类型的数据，结构上还需要两个额外的指针prev和next。

Redis将链表和ziplist结合起来组成了quicklist。也就是将多个ziplist使用双向指针串起来使用。这样既满足了快速的插入删除性能，又不会出现太大的空间冗余。

三、集合(Set)

概述

  • Redis Set对外提供的功能与list类似是一个列表的功能，特殊之处在于set是可以自动排重的，当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set是一个很好的选择，并且set提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口，这个也是list所不能提供的。
  • Redis的Set是String类型的无序集合。它底层其实是一个value为null的hash表，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。随着数据的增加，执行时间的长短，如果是O(1)，数据增加，查找数据的时间不变.

常用命令

  • sadd <key><value1><value2> ..... 将一个或多个 member 元素加入到集合 key 中，已经存在的member 元素将被忽略
  • smembers <key>取出该集合的所有值。
  • sismember <key><value>判断集合<key>是否为含有该<value>值，有1，没有0
  • scard<key>返回该集合的元素个数。
  • srem <key><value1><value2> .... 删除集合中的某个元素。
  • spop <key>随机从该集合中吐出一个值。
  • srandmember <key><n>随机从该集合中取出n个值。不会从集合中删除 。
  • smove <source><destination>value把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合
  • sinter <key1><key2>返回两个集合的交集元素。
  • sunion <key1><key2>返回两个集合的并集元素。
  • sdiff <key1><key2>返回两个集合的差集元素(key1中的，不包含key2中的)

底层数据结构

  • Set数据结构是dict字典，字典是用哈希表实现的。
  • Java中HashSet的内部实现使用的是HashMap，只不过所有的value都指向同一个对象。Redis的set结构也是一样，它的内部也使用hash结构，所有的value都指向同一个内部值。

四、哈希(Hash)

概述

  • 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。
  • 类似Java里面的Map<String,Object>

常用命令

  • hset <key><field><value>给<key>集合中的 <field>键赋值<value>
  • hget <key1><field>从<key1>集合<field>取出 value
  • hmset <key1><field1><value1><field2><value2>... 批量设置hash的值
  • hexists<key1><field>查看哈希表 key 中，给定域 field 是否存在。
  • hkeys <key>列出该hash集合的所有field
  • hvals <key>列出该hash集合的所有value
  • hincrby <key><field><increment>为哈希表 key 中的域 field 的值加上增量 1 -1
  • hsetnx <key><field><value>将哈希表 key 中的域 field 的值设置为 value ，当且仅当域 field 不存在

底层数据结构

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。

五、有序集合(Zset)

概述

  • Redis有序集合zset与普通集合set非常相似，是一个没有重复元素的字符串集合。不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分（score）,这个评分（score）被用来按照从最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的，但是评分可以是重复了。因为元素是有序的, 所以你也可以很快的根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素。
  • 访问有序集合的中间元素也是非常快的,因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。

常用命令

  • zadd <key><score1><value1><score2><value2>…将一个或多个 member 元素及其score 值加入到有序集 key 当中
  • zrange <key><start><stop> [WITHSCORES] 返回有序集 key 中，下标在<start><stop>之间的元素，带WITHSCORES，可以让分数一起和值返回到结果集。
  • zrangebyscore key minmax [withscores] [limit offset count]返回有序集 key 中，所有 score 值介于 min 和 max 之间(包括等于 min 或 max )的成员。有序集成员按 score 值递增(从小到大)次序排列。
  • zrevrangebyscore key maxmin [withscores] [limit offset count] 同上，改为从大到小排列。
  • zincrby <key><increment><value> 为元素的score加上增量
  • zrem <key><value>删除该集合下，指定值的元素
  • zcount <key><min><max>统计该集合，分数区间内的元素个数
  • zrank <key><value>返回该值在集合中的排名，从0开始。

底层数据结构

SortedSet(zset)是Redis提供的一个非常特别的数据结构，一方面它等价于Java的数据结构Map<String, Object>，可以给每一个元素value赋予一个权重score，另一方面它又类似于TreeSet，内部的元素会按照权重score进行排序，可以得到每个元素的名次，还可以通过score的范围来获取元素的列表。

zset底层使用了两个数据结构：

  1. hash，hash的作用就是关联元素value和权重score，保障元素value的唯一性，可以通过元素value找到相应的score值。
  2. 跳跃表，跳跃表的目的在于给元素value排序，根据score的范围获取元素列表。

关于跳跃表

有序集合在生活中比较常见，例如根据成绩对学生排名，根据得分对玩家排名等。对于有序集合的底层实现，可以用数组、平衡树、链表等。数组不便元素的插入、删除；平衡树或红黑树虽然效率高但结构复杂；链表查询需要遍历所有效率低。Redis采用的是跳跃表。跳跃表效率堪比红黑树，实现远比红黑树简单。

有序链表与跳跃表

有序链表：

如果我们需要查找元素为16的元素，必须从第一个元素开始查找，需要比较4次才能找到。那如果是跳跃表呢？

跳跃表：

查找元素为16，先去蒂2层第1个节点开始向后比较，3比16小到10，10比16小继续向后比，后面为null; 然后去第1层，20比16大，向前找，找到元素16，只需要3次就可查到，所以跳跃表的效率比单链表效率高。

本次分享的内容到这里就结束了，希望对大家有所帮助！！！

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