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Redis数据结构介绍 ​

Redis是典型的key-value数据库，key一般是字符串，而value包含很多不同的数据类型：

Redis为了方便我们学习，将操作不同数据类型的命令也做了分组，在官网（https://Redis.io/commands）可以查看到不同的命令。

不同类型的命令称为一个group，我们也可以通过help命令来查看各种不同group的命令：

接下来，我们就学习常见的五种基本数据类型的相关命令。

Redis通用命令 ​

通用指令是部分数据类型的，都可以使用的指令，常见的有：

  • KEYS：查看符合模板的所有key。（keys *效率低，Redis单线程，不建议在生产环境设备上使用）
  • DEL：删除一个或多个指定的key
  • EXISTS：判断key是否存在，存在返回1，不存在返回0
  • EXPIRE：给一个key设置有效期（单位：秒），有效期到期时刻key会被自动删除
  • TTL：查看一个KEY的剩余有效期，其中-1表示永久有效，-2表示key已过期

通过help [command]可以查看一个命令的具体用法，例如：

bash
127.0.0.1:6379> help keys

  KEYS pattern
  summary: Returns all key names that match a pattern.
  since: 1.0.0
  group: generic
  • KEYS
bash
127.0.0.1:6379> keys *
1) "age"
2) "name"
  • DEL
bash
127.0.0.1:6379> del name
(integer) 1
127.0.0.1:6379> keys *
1) "age"
127.0.0.1:6379> mset k1 v1 k2 v2 k3 v3
OK
127.0.0.1:6379> keys *
2) "k3"
3) "k2"
4) "k1"
5) "age"
127.0.0.1:6379> del k1 k2 k3 k4
(integer) 3
127.0.0.1:6379> keys *
6) "age"
  • EXISTS
bash
127.0.0.1:6379> exists age
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists name
(integer) 0
  • EXPIRE
bash
127.0.0.1:6379> exists age
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists name
(integer) 0
127.0.0.1:6379> expire age 10
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl age
(integer) 0
127.0.0.1:6379> set age 20
OK
127.0.0.1:6379> ttl age
(integer) -1

String类型 ​

String类型，也就是字符串类型，是Redis中最简单的存储类型。

其value是字符串，不过根据字符串的格式不同，又可以分为3类：

  • string：普通字符串
  • nt：整数类型，可以做自增、自减操作
  • float：浮点类型，可以做自增、自减操作

不管是哪种格式，底层都是字节数组形式存储，只不过是编码方式不同。字符串类型的最大空间不能超过512m。数字会转为二进制存储，相对占用内存少一点，字符串会把字符转换成对应的字节码，相对占用内存多一点。

String的常见命令 ​

String的常见命令有：

  • SET：添加或者修改已经存在的一个String类型的键值对。
  • GET：根据key获取String类型的value。
  • MSET：批量添加多个String类型的键值对。
  • MGET：根据多个key获取多个String类型的value。
  • INCR：让一个整型的key自增1。
  • INCRBY：让一个整型的key自增并指定步长，例如：incrby num 2让num值自增2。
  • DECR：让一个整型的key自减1。
  • DECRBY：让一个整型的key自增并指定步长，例如：decrby num 2让num值自减2。
  • INCRBYFLOAT：让一个浮点类型的数字自增并指定步长。
  • SETNX：添加一个String类型的键值对，前提是这个key不存在，否则不执行。（等价于set key val nx）
  • SETEX：添加一个String类型的键值对，并且指定有效期。（添加并设置有效期，合二为一。等价于set key val ex）

以上命令除了INCRBYFLOAT都是常用命令。

  • SET和GET：如果key不存在则是新增，如果存在则是修改
bash
127.0.0.1:6379> set name Rose #原来不存在
OK
127.0.0.1:6379> get name
"Rose"
127.0.0.1:6379> set name Jack #原来存在，就是修改
OK
127.0.0.1:6379> get name
"Jack"
  • MSET和MGET
bash
127.0.0.1:6379> MSET k1 v1 k2 v2 k3 v3
OK
127.0.0.1:6379> mget name age k1 k2 k3
1) "Jack"
2) "20"
3) "v1"
4) "v2"
5) "v3"
  • INCR和INCRBY和DECY
bash
127.0.0.1:6379> get age
"20"
127.0.0.1:6379> incr age #增加1
(integer) 21
127.0.0.1:6379> get age
"21"
127.0.0.1:6379> incrby age 2 #一次增加2
(integer) 23
127.0.0.1:6379> incrby age -1 #也可以增加负数，相当于减
(integer) 22
127.0.0.1:6379> incrby age -2
(integer) 20
127.0.0.1:6379> decr age
(integer) 19
127.0.0.1:6379> get age
"19"
  • SETNX
bash
127.0.0.1:6379> set name Jack #设置名称
OK
127.0.0.1:6379> setnx name lisi #如果key不存在，则添加成功
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get name #由于name已经存在，所以lisi的操作失败
"Jack"
127.0.0.1:6379> set name wangwu nx #setnx等价写法
(nil) //nil表示添加失败
127.0.0.1:6379> get name
"Jack"
127.0.0.1:6379> setnx name2 lisi #name2 不存在，所以操作成功
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get name2
"lisi"
  • SETEX
bash
127.0.0.1:6379> setex name 10 jack
OK
127.0.0.1:6379> ttl name
(integer) 6
127.0.0.1:6379> ttl name
(integer) 2
127.0.0.1:6379> set name jack ex 10 #setex等价写法
OK
127.0.0.1:6379> ttl name
(integer) 8
127.0.0.1:6379> ttl name
(integer) 3

Key结构 ​

Redis没有类似MySQL中的Table的概念，我们该如何区分不同类型的key呢？ 例如，需要存储用户、商品信息到Redis，有一个用户id是1，有一个商品id恰好也是1，此时如果使用id作为key，那就会冲突了，该怎么办？

我们可以通过给key添加前缀加以区分，不过这个前缀不是随便加的，有一定的规范。

Redis的key允许有多个单词形成层级结构，多个单词之间用:隔开，格式如下：

项目名:业务名:类型:id

这个格式并非固定，也可以根据自己的需求来删除或添加词条。这样就可以把不同类型的数据区分开了。从而避免了key的冲突问题。

例如我们的项目名称叫heima，有user和product两种不同类型的数据，我们可以这样定义key：

  • user相关的key：heima:user:1
    • product相关的key：heima:product:1

如果Value是一个Java对象，例如一个User对象，则可以将对象序列化为JSON字符串后存储：

KEYVALUE
heima:user:1
heima:user:2‘{“id”:2, “name”:“Rose”, “age”: 18}’
heima:product:1
heima:product:2‘{“id”:2, “name”:“荣耀6”, “price”: 2999}’
bash
127.0.0.1:6379> SET heima:user:1 '{"id":1,"name":"jack",,"age",21}'
OK
127.0.0.1:6379> keys *
7) "heima:user:1"
8) "age"

并且，在Redis的桌面客户端中，还会以相同前缀作为层级结构，让数据看起来层次分明，关系清晰。

Hash类型 ​

Hash类型，也叫散列，其value是一个无序字典，类似于Java中的HashMap<String, HashMap<String, Object>>结构。

String结构是将对象序列化为JSON字符串后存储，当需要修改对象某个字段时很不方便：

Hash结构可以将对象中的每个字段独立存储，可以针对单个字段做CRUD：

Hash的常见命令有：

  • HSET key field value：添加或者修改hash类型key的field的值。
  • HGET key field：获取一个hash类型key的field的值。
  • HMSET：批量添加多个hash类型key的field的值。（hmset和hset效果相同 ，Redis4.0之后hmset弃用了，直接用hset即可）
  • HMGET：批量获取多个hash类型key的field的值。
  • HDEL key field [field ...]：删除hash类型key的一个或多个field。
  • HGETALL：获取一个hash类型的key中的所有的field和value。
  • HKEYS：获取一个hash类型的key中的所有的field。
  • HINCRBY：让一个hash类型key的字段值自增并指定步长。
  • HSETNX：添加一个hash类型的key的field值，前提是这个field不存在，否则不执行。

命令练习：

  • HSET和HGET
bash
127.0.0.1:6379> HSET heima:user:3 name Lucy #大key是heima:user:3 field是name，value是Lucy
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET heima:user:3 age 21 # 如果操作不存在的数据，则是新增
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET heima:user:3 age 17 #如果操作存在的数据，则是修改
(integer) 0 // 这里返回新增条数，0表示非新增，而是修改成功
127.0.0.1:6379> HGET heima:user:3 name
"Lucy"
127.0.0.1:6379> HGET heima:user:3 age
"17"
  • HMSET和HMGET
bash
127.0.0.1:6379> HMSET heima:user:4 name LiLei age 20 sex man
OK
127.0.0.1:6379> HMGET heima:user:4 name age sex
1) "LiLei"
2) "20"
3) "man"
127.0.0.1:6
  • HGETALL
bash
127.0.0.1:6379> HGETALL heima:user:4
1) "name"
2) "LiLei"
3) "age"
4) "20"
5) "sex"
6) "man"
  • HKEYS和HVALS
bash
127.0.0.1:6379> HKEYS heima:user:4
1) "name"
2) "age"
3) "sex"
127.0.0.1:6379> HVALS heima:user:4
4) "LiLei"
5) "20"
6) "man"
  • HINCRBY
bash
127.0.0.1:6379> HINCRBY heima:user:4 age 2
(integer) 22
127.0.0.1:6379> HVALS heima:user:4
1) "LiLei"
2) "22"
3) "man"
  • HSEXNX
bash
127.0.0.1:6379> hgetall heima:user:4
1) "name"
2) "LiLei"
3) "age"
4) "22"
5) "sex"
6) "man"
127.0.0.1:6379> hsetnx heima:user:4 sex women #feild存在，不添加
(integer) 0
127.0.0.1:6379> HGETALL heima:user:3
7) "name"
8) "Lucy"
9) "age"
10) "17"
127.0.0.1:6379> hsetnx heima:user:3 sex woman #feild不存在，添加
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hgetall heima:user:3
11) "name"
12) "Lucy"
13) "age"
14) "17"
15) "sex"
16) "woman"

Redis客户端中的Hash类型存储表示：

List类型 ​

Redis中的List类型与Java中的LinkedList类似，可以看做是一个双向链表结构（实际结构更为复杂）。既支持正向检索和也支持反向检索。

特征也与LinkedList类似：

  • 有序
  • 元素可以重复
  • 插入和删除快
  • 查询速度一般

常用来存储一个有序数据，例如：朋友圈点赞列表，评论列表等。

List的常见命令有：

  • LPUSH key element ... ：向列表左侧插入一个或多个元素。
  • LPOP key [count]：移除并返回列表左侧的第一个元素，没有则返回nil。count可以指定弹出元素的个数。
  • RPUSH key element ... ：向列表右侧插入一个或多个元素。
  • RPOP key [count]：移除并返回列表右侧的第一个元素。
  • LRANGE key start end：返回一段角标范围内的所有元素。
  • BLPOP和BRPOP：与LPOP和RPOP类似，只不过在没有元素时等待指定时间，而不是直接返回nil。例如BRPOP key1 [key2] timeout：移出并获取列表中的最后一个元素，需要指定超时时间（秒），如果列表中没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止，超时结束阻塞返回nil。
  • LLEN：返回列表长度。

命令练习：

  • LPUSH和RPUSH
bash
127.0.0.1:6379> LPUSH users 1 2 3
(integer) 6
127.0.0.1:6379> RPUSH user 4 5 6
(integer) 6

左侧的#号仅代表序号，List的元素下标是从0开始。

  • LPOP和RPOP
bash
127.0.0.1:6379> LPOP users
"3"
127.0.0.1:6379> RPOP users
"6"

  • LRANGE和LLEN
bash
127.0.0.1:6379> LRANGE users 1 2
1) "1"
2) "4"
127.0.0.1:6379> LLEN users
(integer) 4
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> LRANGE users 0 -1
3) "2"
4) "1"
5) "4"
6) "5"
127.0.0.1:6379> LRANGE users 0 10
7) "2"
8) "1"
9) "4"
10) "5"
  • BLPOP和BRPOP 阻塞状态下左弹出users2，阻塞超时时间为100秒，进入阻塞状态。
bash
blpop user2 100 #有就取走，没有就挂起等待

新复制一个session，向List中左push一个key为users2，value为jack的元素。

bash
127.0.0.1:6379> lpush user2 jack
(integer) 1

在阻塞session窗口中接收到左push的元素并弹出

bash
127.0.0.1:6379> blpop user2 100
1) "user2"
2) "jack"
(17.48s)

思考

如何利用List结构模拟一个栈?

  • 入口和出口在同一边（LPUSH和LPOP、RPUSH和RPOP）。 如何利用List结构模拟一个队列?

  • 入口和出口在不同边（LPUSH和RPOP、RPUSH和LPOP）。 如何利用List结构模拟一个阻塞队列?

  • 入口和出口在不同边。

  • 出队时采用BLPOP或BRPOP。

Set类型 ​

Redis的Set集合结构与Java中的HashSet类似，可以看做是一个value为null的HashMap。因为也是一个hash表，因此具备与HashSet类似的特征：

  • 无序
  • 元素不可重复
  • 查找快
  • 支持交集、并集、差集等功能

Set的常见命令有：

  • SADD key member ... ：向set中添加一个或多个元素。
  • SREM key member ... ：移除set中的指定元素。
  • SCARD key：返回set中元素的个数。
  • SISMEMBER key member：判断一个元素是否存在于set中。（类似于contains）
  • SMEMBERS：获取set中的所有元素（注意是无序的）。
  • SINTER key1 key2 ... ：求key1与key2的交集。
  • SUNION key1 key2 ... ：求key1与key2的并集。
  • SDIFF key1 key2 ... ：求key1与key2的差集。

集合A与集合B的交集：属于A且属于B的公共部分。 集合A与集合B的并集：属于A或属于B的部分。 集合A与集合B的差集：属于A且不属于B的部分。

例如两个集合：s1和s2：

求s1和s2的交集部分：SINTER s1 s2：BC

求s1与s2不同的部分（差集）：SDIFF s1 s2：A

求s1和s2的并集部分：SUNION s1 s2：ABCD（无重复，重复值只会计算一次）

练习：

  1. 将下列数据用Redis的Set集合来存储：
    • 张三的好友有：李四、王五、赵六
    • 李四的好友有：王五、麻子、二狗
bash
# 注意：zs和ls是键，名字拼音是值
127.0.0.1:6379> SADD zs lisi wangwu zhaoliu
(integer) 3
127.0.0.1:6379> SADD ls wangwu mazi ergou
(integer) 3
  1. 利用Set的命令实现下列功能：
  • 计算张三的好友有几人：
bash
127.0.0.1:6379> SCARD zs
(integer) 3
  • 计算张三和李四有哪些共同好友
bash
127.0.0.1:6379> SINTER zs ls
1) "wangwu"
  • 查询哪些人是张三的好友却不是李四的好友
bash
127.0.0.1:6379> SDIFF zs ls
1) "lisi"
2) "zhaoliu"
  • 查询张三和李四的好友总共有哪些人
bash
127.0.0.1:6379> SUNION zs ls
1) "zhaoliu"
2) "wangwu"
3) "lisi"
4) "mazi"
5) "ergou"
  • 判断李四是否是张三的好友
bash
127.0.0.1:6379> SISMEMBER zs lisi
(integer) 1
  • 判断张三是否是李四的好友
bash
127.0.0.1:6379> sismember ls zhangsan
(integer) 0
  • 将李四从张三的好友列表中移除
bash
127.0.0.1:6379> SREM zs lisi
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SMEMBERS zs
1) "wangwu"
2) "zhaoliu"

SortedSet(Zset)类型 ​

Redis的SortedSet是一个可排序的set集合，与Java中的TreeSet有些类似，但底层数据结构却差别很大。SortedSet中的每一个元素都带有一个score属性，可以基于score属性对元素排序，底层的实现是一个跳表（SkipList）加hash表。

SortedSet具备下列特性：

  • 可排序
  • 元素不重复（value不可相同，score可以相同）
  • 查询速度快

因为SortedSet的可排序特性，经常被用来实现排行榜这样的功能。

SortedSet的常见命令有：

  • ZADD key score member：添加一个或多个元素到sorted set ，如果已经存在则更新其score值。

  • ZREM key member：删除sorted set中的一个指定元素。

  • ZSCORE key member : 获取sorted set中的指定元素的score值。

  • ZRANK key member：获取sorted set中的指定元素的排名（排序后的索引位置）。

  • ZCARD key：获取sorted set中的所有元素个数。

  • ZCOUNT key min max：统计score值在给定范围内（闭区间）的所有元素的个数。

  • ZINCRBY key increment member：让sorted set中的指定元素自增，步长为指定的increment值。

  • ZRANGE key min max：按照score排序后，获取指定排名范围（从0开始）内的member值。

  • ZRANGEBYSCORE key min max：按照score排序后，获取指定score范围内的元素。

  • ZDIFF、ZINTER、ZUNION：求差集、交集、并集。 注意：所有的排名默认都是升序，如果要降序则在命令的Z后面添加REV即可，例如：

  • 升序获取sorted set中的指定元素的排名：ZRANK key member。

  • 降序获取sorted set中的指定元素的排名：ZREVRANK key memeber。

面试题：ZSet中如果score值相同，会按照member的字典序进行排序，前后比较顺序为：数字 > 大写字母 > 小写字母。

练习题： 将班级的下列学生得分存入Redis的SortedSet中：

Jack 85, Lucy 89, Rose 82, Tom 95, Jerry 78, Amy 92, Miles 76

bash
127.0.0.1:6379> zadd stus 85 Jack 89 Lucy 82 Rose 95 Tom 78 Jerry 92 Amy 76 Miles
(integer) 7

将数据添加到sorted_set中，客户端里就自动升序排序了。

并实现下列功能：

  • 删除Tom同学
bash
127.0.0.1:6379> zrem stus Tom
(integer) 1

  • 获取Amy同学的分数
bash
127.0.0.1:6379> zscore stus Amy
"92"
  • 获取Rose同学的排名
bash
127.0.0.1:6379> zrank stus Rose
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zrevrank stus Rose
(integer) 3
  • 查询80分及以下有几个学生
bash
127.0.0.1:6379> zcard stus
(integer) 6
127.0.0.1:6379> zcount stus 0 80
(integer) 2
  • 给Amy同学加2分
bash
127.0.0.1:6379> zincrby stus 2 Amy
"94"
  • 查出成绩前3名的同学
bash
127.0.0.1:6379> zrevrange stus 0 2
1) "Amy"
2) "Lucy"
3) "Jack"
  • 查出成绩80分及以下的所有同学
bash
127.0.0.1:6379> zrangebyscore stus 0 80
1) "Miles"
2) "Jerry"