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Redis核心数据结构

Yaien Blog原创大约 7 分钟DBRedis

Redis核心数据结构

Redis 是一种开源（BSD 许可）、内存中数据结构存储，用作数据库、缓存和消息代理。底层使用c语言进行实现。Redis 提供了诸如字符串、散列、列表、集合、带范围查询的排序集合、位图、超级日志、地理空间索引和流等数据结构。

Redis内置复制、Lua 脚本、LRU 驱逐、事务和不同级别的磁盘持久化，并通过 Redis Sentinel 和 Redis Cluster 自动分区提供高可用性。

地址

官网：https://redis.io/open in new window

GitHub:https://github.com/redis/redisopen in new window

Redis数据类型简介：https://redis.io/topics/data-types-introopen in new window

命令完整列表：https://redis.io/commandsopen in new window

完整文档地址：https://redis.io/documentationopen in new window

基本特性

  • 非关系型的键值对数据库，可以根据键以O（1）的时间复杂度取出或插入关联值；
  • 数据是存储在内存中的；
  • 键值对中键的类型可以是字符串、整形、浮点型等，且键是唯一的，相同的键会覆盖值；
  • 键值对中值类型可以是：String、Hash、List、Set、ZSet等 ；
  • 内置了复制、磁盘持久化、LUA脚本、事务、SSL、ACLS、客户端缓存、客户端代理等功能；
  • 提供了Redis哨兵、Redis cluster等高可用性的模式；

核心数据结构

String

String类型的结构对应JAVA的Map，key-val的存储形式

常用操作
命令描述
SET key value存入字符串
MSET [key val ...]批量存入字符串
GET key获取值
MGET [key ...]批量获取值
DEL [key ...]删除一个或多个键
EXPIRE key seconds设置一个键过期时间（s）
SETNX key valkey不存在且保存成功返回1，失败返回0，可用做分布式锁
incrby key val批量生产序列号
SET key val EX 10 NX防止程序意外终止导致死锁
应用场景
  1. 单值缓存
  2. 对象缓存
  3. 分布式锁
  4. 计数器
  5. Web集群session共享
  6. 分布式系统全局系列号等

Hash

Hash类型的结构，存储一个类型的key-val

常用操作
命令简述
HASH key field value存储一个哈希表key的键值
HASHNX key field value存储一个不存在的哈希表key的键值
HMSET key field获取哈希表key对应的field键值
HMGET key [field ...]批量获取field键值
HDEL key [field ...]批量删除
HLEN key返回哈希表key中field的数量
HGETALL key返回哈希表key中所有的键值
HINCRBY key field increment为哈希表key中field键的值加上增量
应用场景
  1. 对象缓存
  2. 电商购物车等
优缺点
  • 优点
    1. 同类数据归类整合储存，方便数据管理
    2. 相比String操作小号的内存与cpu更小
    3. 相比Stirng更节约存储空间
  • 缺点
    1. 过期功能不能使用在field上，只能使用在key上
    2. Redis集群架构下不适合大规模使用

List

List，列表结构，跟JAVA中的List基本相似

命令描述
LPUSH key [value ...]将一个或多个value值插入到key列表的表头
RPUSH key [value ...]将一个或多value值插入多key列表表尾
LPOP key返回并移除key列表的头元素
RPOP key返回并移除key列表的尾元素
LRANGE key start stop返回列表key中制定区域内的元素，区间则以start和stop指定
BLPOP [key...] timeot从key列表表头弹出元素，若列表为空则阻塞等待，若timeout=0则一直阻塞
BRPOP [key...] timeout从key列表尾部弹出元素，若列表为空则阻塞等待，若timeout=0则一直阻塞
应用场景
  1. stack（栈） LPUSH + LPOP
  2. Queue (队列) LPUSH + RPOP
  3. Blocking MQ（阻塞队列）LPUSH + BRPOP

Set

Set集合，val中存储多个不重复的元素

常用命令
命令描述
SADD key [momber ...]往集合key中存入元素，元素存在则忽略
SREM key [momber ...]从集合key中删除元素
SMEMBERS key获取集合key中所有元素
SCARD key获取集合key的元素个数
SISMEMBER key momber判断val元素是否存在于key集合中
SRANDMENMBER key [count]从集合key中选出count个元素，元素不移除
SPOP key [count]从集合key中选出count个元素并移除元素
SINTER [key ..]交集运算
SINTERSTORE newSet [key ...]将交集结果存入新集合newSet中
SUNION [key ...]并集运算
SUNIONSTORE newSet [key ...]将并集结果存入新集合newSet中
SDIFF [key ... ]差集运算
SDIFFSTORE newSet [key ...]将差集结果存入新集合newSet中
应用场景
  1. 抽奖
  2. 去重
  3. 点赞/取消点赞
  4. 集合操作实现关注模型等
  5. 集合操作实现商品赛选等

ZSet

与Set集合类似，ZSet集合是有序的

命令描述
ZADD key [[score member] ...]往有序集合key中加入带分值元素
ZREM key [member ...]从有序集合key中删除元素
ZSCORE key member返回有序集合key中member元素的分值
ZINCRBY key increment member为key中元素member的分值加上increment
ZCARD key返回key中的元素个数
ZRANGE key start stop [withscores]正序获取key中start到stop的元素
ZREVRANGE key start stop [withscores]倒序获取key中start到stop的元素
应用场景
  1. 微博排行榜
  2. 七日排行榜单等

Redis的单线程和高性能

  1. Redis的单线程并非是真正意义上的单线程。单线程主要是指网络IO和键值对读写是由一个线程来完成，而这也是Redis对外提供键值存储服务的主要流程。Redis内部的其他功能，例如持久化、 异步删除、数据同步等等是会有额外的线程去执行的。
  2. 单个线程访问之所以还会那么快，是因为数据都存在内存中，所有的运算都是内存级别的运算，单线程同时避免了多线程所带来的上下文切换问题。
  3. 单线程的任务我们需要注意访问的命令，对于那些耗时的命令以及当访问一个bigkey的时候可能会导致Redis卡顿。
  4. 对于客户端的并发连接，Redis底层利用epoll模型来实现IO多路复用，将链接信息和时间放到队列中，依次放到文件事件分派器，事件分派器将事件分发给对应的事件处理器。
IO多路复用
IO多路复用

其他高级命令

keys

全局遍历所有的key，用来列出所有满足特定正则字符串规则的key，当Redis数据量较大时，性能会有所下降，应避免使用

scan

SCAN cursor [MATCH pattern] [COUNT count] 渐进式便利所有的键，相对于keys性能消耗更小，安全性更低

scan 参数提供了三个参数，第一个是 cursor 整数值(hash桶的索引值)，第二个是 key 的正则模式，第三个是一次遍历的key的数量(参考值，底层遍历的数量不一定)，并不是符合条件的结果数量。第一次遍历时，cursor 值为 0，然后将返回结果中第一个整数值作为下一次遍历的 cursor。一直遍历到返回的 cursor 值为 0 时结束。

⚠️注意：scan并非完美无瑕，如果在scan的过程中如果有键的变化（增加、 删除、 修改），那么遍历效果可能会碰到如下问题：
新增的键可能没有遍历到，遍历出了重复的键等情况，也就是说scan并不能保证完整的遍历出来所有的键，这些是我们在开发时需要考虑的。

info

查看Redis服务运行信息，分为以下9大块：

  • Server： 服务器运行的环境参数
  • Clients： 客户端相关信息
  • Memory： 服务器运行内存统计数据
  • Persistence： 持久化信息
  • Stats： 通用统计数据
  • Replication： 主从复制相关信息
  • CPU： CPU使用情况
  • Cluster： 集群情况
  • KeySpace： 键值对统计数量信息
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贡献者: yanggl