Redis数据结构
Redis有5种基础数据结构，分别为：string(字符串)、list(列表)、hash(字典)、set(集合)、zset(有序集合)。所有数据结构都是key-value形式，通过唯一key来获取对应的value值，不同数据结构的差异在于value结构不同。
string(字符串)
字符串是redis常见的数据结构，内部以字符数组形式表示。字符串是可以修改的字符串，内部结构实现类似于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，当字符串小于1MB时，扩容都是加倍分配。如果字符串长度超过1MB，扩容时一次会多扩1MB，字符串最大长度为512MB。
设置值
set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx | xx] |
- ex seconds：为key设置过期时间(秒)
- px milliseconds：为key设置过期时间(毫秒)
- nx：key必须不存在，才可以执行成功
- xx：与nx相反，key必须存在，才可以执行成功
其中nx和xx也可以使用命令setnx和setex，功能是一样的。但是redis是单线程处理机制，如果多个客户端同时执行setnx key value，只有一个客服端可以执行成功，因此可以作为分布锁的一种实现方案。具体可参考https://redis.io/topics/distlock
获取值
get key |
通过get命令能够获取值定key对应的value值，如果key不存在则返回nil(空)。如果要判断key是否存在也可以通过exists key来判断
批量设置值
mset key value [key value ...] |
如果需要一次插入多个key-value，则可以通过mset 命令批量设置，用空格分隔，提升插入效率
批量获取值
mget key [key ...] |
mget可以一次获取多个key的值，如果不存在则返回nil，结果是按传入的key顺序返回。批量操作能够提升开发效率，减少多次执行带来的网络时间消耗
计数
incr key |
incr命令用于对value做自增操作，返回结果分为三种情况：
- 值不是整数时，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进行自增，返回结果为1
除了incr命令，redis还提供了decr(自减)、incrby(自增值定数)、decrby(自减指定数)，incrbyfloat(自增浮点数)
追加值
append key value |
append可以向字符串尾部追加值，当然也可以通过前面说的set key value xx来更新为新的值
字符串长度
strlen key |
strlen用于获取字符串长度，如果是中文则占用3个字节
设置指定位置的字符
setrange key offeset value |
用于修改字符串指定位置的字符，offeset从0开始，例如通过setrange name 0 p 修改bost为post
获取部分字符串
getrange key start end |
start和end分别是开始和结束的偏移量，offeset从0开始，截取字符串部分字符
内部编码
字符串类型的内部编码包括三种：
- int：8个字节的长整形
- embstr：小于等于39个字节的字符串
- raw：大于39个字节的字符串
redis会根据字符串长度决定使用哪种内部编码实现。可以通过object encoding key获取key的内部编码
127.0.0.1:6379> set key 8888 |
List(列表)
redis中的List相当于java中的LinkedList，它是一种链表而不是数组。List存储了多个字符串，每个自字符串称为元素。车从List中插入(push)和弹出(pop)效率都非常快，时间复杂度为O(1)。当最后一个元素弹出后，list将自动删除回收内存。
List中的元素是有序且可重复的，可以通过索引下标获取指定元素或指定元素范围，下标由0开始，时间复杂度为O(n)。
添加元素
从右侧插入元素
rpush key value [value ...] |
从左边插入元素
lpush key value [value ...] |
向某个元素前或者后插入元素
linsert key before | after pivot value |
查找元素
获取指定范围内的元素列表
lrange key start end |
获取指定位置的元素
lindex key index |
获取列表长度
llen key |
关于索引下标的特点，从左往右分别是0到N-1，从右往左分别是-1到-N。另外范围查询中的end包含了自身
弹出元素
从左侧弹出元素
lpop key |
从右侧弹出元素
rpop key |
弹出指定元素
lrem key count value |
- count>0，从左到右删除count个元素
- count<0，从右往左删除count绝对值个数的元素
- count=0，删除所有元素
保留指定范围的元素
ltrim key start end |
修改指定元素
lset key index newValue |
阻塞操作
blpop key [key ...] timeout |
blpop和brpop是lpop和rpop的阻塞版本，timeout指定了阻塞时间，单位为秒。需要注意的是如果列表为空，无元素可弹出，且timeout设置为0，则会持续阻塞，直到列表中有元素为止。
内部编码
List类型内部编码有三种：
- ziplist：当列表元素个数小于list-max-ziplist-entries配置(默认512)，同时列表中每个元素的值都小于list-max-ziplist-value配置(64字节)，redis会采用ziplist来减少内存使用
- linkedlist：当列表无法满足ziplist的条件时，redis会使用linkedlist作为内部实现
- quicklist：3.2提供的新方式，结合ziplist和linkedlist，将多个ziplist使用双向指针串起来形成quicklist
hash(哈希字典)
hash相当于java中的hashMap，它是无序字典，采用了数组+链表的二维结构，不同的是redis hash的值只能是字符串，并采取渐进式的rehash，在rehash时会保留新旧两个hash结构，查询会同时查询两个hash结构，并且会将旧hash的内容不断迁入新hash，当迁移完成就会由新的hash取而代之。
hash内部存储了很多键值对元素，当hash中最后一个元素被移除，该数据结构自动删除内存回收
设置值
hset key field value |
另外redis提供了hsetnx命令，它们的关系与set和setnx命令一样
获取值
hget key field |
如果key或者field不存在则返回nil
删除field
hdel key field [field ...] |
hdel会删除一个或多个field，返回结果为成功删除的field数量，当最后一个field被删除，该数据结构会自动删除
计算field数量
hlen key |
批量设置或获取
批量设置
hmset key field value [field value ...] |
批量获取
hmget key field [field ...] |
判断field是否存在
hexists key field |
获取所有field
hkeys key |
hkeys是返回hash key中所有的field
获取所有value
hvals key |
hvals是返回hash key中所有field对应的values
获取所有的field-value
hgetall key |
注意：如果hash中的元素较多，hgetall会存在阻塞redis的可能，如果需要获取所有field-value，可以使用hscan，该命令会渐进式遍历hash
hincrby
hincrby key field |
与incrby和incrbyfloat命令一样，作用于field
计算value的长度(3.2)
hstrlen key field |
内部编码
hash的内部编码有两种：
- ziplist：当hash元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置(默认512)、同时所有值小于hash-max-ziplist-value配置(默认64字节)，redis会以ziplist作为hash的内部实现
- hashtable：当hash无法满足ziplist的条件时，redis会使用hashtable作为内部实现
set(集合)
set相当于java中的HashSet，也是用于存放多个字符串元素，但它与List的不同之处在于set是无序且唯一的。它的内部实现相当于一个特殊的hash字典，其中所有的value都是NULL。当集合中最后一个元素被移除后，数据结构自动删除回收内存。
Redis集合不仅支持增删改查，还支持多个集合取交集、并集、差集、能解决很多开发中的问题。
添加元素
sadd key element [element ...] |
删除元素
srem key element [element ...] |
计算元素个数
scard key |
scard的时间复杂度为O(1)，它不会遍历集合所有元素，而是直接调用redis内部的变量
判断元素是否在集合中
sismember key element |
随机从集合返回指定个数的元素
srandmember key [count] |
count是可选参数，默认为1
从集合随机弹出元素
spop key |
从3.2开始，spop也支持count参数
获取所有元素
smembers key |
注意：如果集合元素较多smembers会存在阻塞Redis的可能，可以使用sscan来完成
多个集合的交集
sinter key [key ...] |
也可以通过sinterstore destination key [key …]命令将结果保存到一个指定集合中
多个集合的并集
sunion key [key ...] |
也可以通过sunionstore destination key [key …]命令将结果保存到一个指定集合中
多个集合的差集
sdiff key [key ...] |
也可以通过sdiffstore destination key [key …]命令将结果保存到一个指定集合中
内部编码
集合类型的内部编码包括两种：
- intset：当集合中的元素都是整数且个数小于set-max-intset-entries配置(默认512)，Redis会采用intset作为集合的内部实现
- hashtable：当集合无法满足intset的条件时，Redis采用hashtable作为集合的内部实现
zset(有序集合)
zset类似于java中SortedSet和HashMap的结合体，一方面它是一个集合，保证了内部value的唯一性，另一方面它给每个value设置一个score(分数)作为value的权重进行排序。其内部实现是由”跳跃列表“的数据结构实现。
添加成员
zadd key score member [score member ...] |
Redis 3.2为zadd命令添加了nx，xx，ch，incr四个参数选项
- nx：memeber必须不存在，才可以添加成功
- xx：member必须存在，才可以添加成功，用于更新
- ch：返回zset中member和score发生变化的个数
- incr：对score做增加，相当于zincrby
计算成员个数
zcard key |
计算成员
zscore key memeber |
计算成员的排名
zrank key member |
zrank是把score从低到搞排名，zrevrank则相反。
删除成员
zrem key memeber [memeber ...] |
增加成员的score
zincrby key increment member |
查询指定排名范围的成员
zrange key start end [withscores] |
zrange是按分数从低到高返回，zrevrange则相反，withscore能返回成员相应的分数
查询指定分数范围的成员
zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count] |
zrangebyscore按照分数从低到高返回，zrevrangebyscore则相反。withscores会返回成员相应的分数，limit offset count会限制输出的起始位置和个数
同时min和max还支持开区间(小括号)和闭区间(中括号)，-inf和+inf分别代表无限小和无限大，例如
127.0.0.1:6379> zrangebyscore user (200 +inf withscore |
查询指定分数范围成员个数
zcount key min max |
删除指定排名内的升序成员
zremrangebyrank key start end |
删除指定分数范围内的成员
zremrangebyscore key min max |
多个集合的交集
zinterstore destination numkeys key [key ...] [weights weight [weight ...]] [aggregate sum|min|max] |
- destination：将结果保存在到这个key中
- numkeys：key的数量
- key [key …]：具体的key
- weights：每个key的权重，在做交集时，每个key的每个member会将自己的score乘以这个权重，默认为1
- aggregate：计算成员交集后，分值可以利用sum、min、max做汇总，默认时sum
多个集合的并集
zunionstore destination numkeys key [key ...] [weights weight [weight ...]] [aggregate sum|min|max] |
- destination：将结果保存在到这个key中
- numkeys：key的数量
- key [key …]：具体的key
- weights：每个key的权重，在做并集时，每个key的每个member会将自己的score乘以这个权重，默认为1
- aggregate：计算成员交集后，分值可以利用sum、min、max做汇总，默认时sum
内部编码
有序集合类型的内部编码有两种：
- ziplist：当有序集合的成员个数小于zset-max-ziplist-entries配置(默认128)，同时每个成员的值都小于zset-max-ziplist-value配置(默认64字节)，Redis会以ziplist作为内部实现
- skiplist：当ziplist条件不满足时，有序集合会以skiplist作为内部实现。
Bitmaps
现代计算机采用二进制作为信息的基础单位，1个字节等于8位。Redis提供了Bitmaps来实现对位的操作，Bitmaps可以看作以位为单位的数组，数组每个元素只能存错0或1，数组的下标在Bitmaps叫做偏移量。
设置值
setbit key offset value |
设置key的第offset个位的值(从0开始计算)，插入的value只能是1或者0，在第一次初始化Bitmaps时，如果偏移量较大，那么这个操作将会比价耗时，可能造成redis阻塞
获取值
getbit key offset |
获取key的第offset位的值
bitcount [start] [end] |
获取指定范围内value=1的个数
bitpos key target [start] [end] |
计算Bitmaps中第一个值为target的偏移量
Bitmaps的运算
bitop op destkey key [key ...] |
bitop是一个复合操作，它可以做多个Bitmaps的交集(and)、并集(or)、非(not)、异或(xor)操作并把结果保存在destkey中
HyperLogLog
HyperLogLog并不是一种新的数据结构，而是一种基数算法。通过HyperLogLog可以利用极小的内存空间完成独立总数的统计。
添加
pfadd key element [element ...] |
pfadd用于向HyperLogLog中添加元素，如果成功则返回1
计算独立总数
pfcount key [key ...] |
pfcoun用于计算一个或多个HyperLogLog的独立总数
合并
pfmerge destkey key [key ...] |
pfmerge可以求出多个HyperLogLog的并集赋值给destkey
HyperLogLog内存占用量非常小，但其存在误差，统计结果不是完全准确。在统计总数时，能够容忍一定的误差时，可以选择HyperLogLog，毕竟其占用的内存非常小。
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