Redis 避不開的五種資料結構
Redis 中有 5 種資料結構，分別是字串（String）、雜湊（Hash）、列表（List）、集合（Set）和有序集合（Sorted Set），因為使用 Redis 場景的開發中肯定是無法避開這些基礎結構的，所以熟練掌握它們也就成了一項必不可少的能力。本文章精要地介紹了 Redis 的這幾種資料結構，主要覆蓋了它們各自的定義、基本用法與相關要點。
字串型別
字串是 Redis 中的最基礎的資料結構，我們儲存到 Redis 中的 key，也就是鍵，就是字串結構的。除此之外，Redis 中其它資料結構也是在字串的基礎上設計的，可見字串結構對於 Redis 是多麼重要。
Redis 中的字串結構可以儲存多種資料型別，如：簡單的字串、JSON、XML、二進位制等，但有一點要特別注意：在 Redis 中字串型別的值最大隻能儲存 512 MB。
命令
下面通過命令瞭解一下對字串型別的操作：
1.設定值
| 1 | set key value[EX seconds][PX milliseconds][NX|XX] |
set 命令有幾個非必須的選項，下面我們看一下它們的具體說明：
- EX seconds：為鍵設定秒級過期時間
- PX milliseconds：為鍵設定毫秒級過期時間
- NX：鍵必須不存在，才可以設定成功，用於新增
- XX：鍵必須存在，才可以設定成功，用於更新
set 命令帶上可選引數 NX 和 XX 在實際開發中的作用與 setnx 和 setxx 命令相同。我們知道 setnx 命令只有當 key 不存在的時候才能設定成功，換句話說，也就是同一個 key 在執行 setnx 命令時，只能成功一次，並且由於 Redis 的單執行緒命令處理機制，即使多個客戶端同時執行 setnx 命令，也只有一個客戶端執行成功。所以，基於 setnx 這種特性，setnx 命令可以作為分散式鎖的一種解決方案。
而 setxx 命令則可以在安全性比較高的場景中使用，因為 set 命令執行時，會執行覆蓋的操作，而 setxx 在更新 key 時可以確保該 key 已經存在了，所以為了保證 key 中資料型別的正確性，可以使用 setxx 命令。
2.獲取值
| 1 | get key |
3.批量設定值
| 1 | mset key value |
4.批量獲取值
| 1 | mget key |
如果有些鍵不存在，那麼它的值將為 nil，也就是空，並且返回結果的順序與傳入時相同。
5.計數
| 1 | incr key |
incr 命令用於對值做自增操作，返回的結果分為 3 種情況：
- 如果值不是整數，那麼返回的一定是錯誤
- 如果值是整數，那麼返回自增後的結果
- 如果鍵不存在，那麼就會建立此鍵，然後按照值為 0 自增， 就是返回 1
除了有 incr 自增命令外，Redis 中還提供了其它對數字處理的命令。例如：
| 1234 | decr key自減incrby kek increment自增指定數字decrby key decrement自減指定數字incrbyfloat key increment自增浮點數 |
6.追加值
| 1 | append key value |
append 命令可以向字串尾部追加值。
7.字串長度
| 1 | strlen key |
由於每個中文佔用 3 個位元組，所以 jilinwula 這個鍵，返回是字串長度為 12，而不是 4。
8.設定並返回原值
| 1 | getset key value |
9.設定指定位置的字元
| 1 | setrange key offeset value |
10.獲取部分字串
| 1 | getrange key start end |
時間複雜度
在 Redis 中執行任何命令時，都有相應的時間複雜度，複雜度越高也就越費時間，所以在執行 Redis 中的命令時，如果要執行的命令複雜度越高，就越要慎重。下面是字串命令時間複雜度型別表：
| 命令 | 時間複雜度 |
| set key value | O(1) |
| get key | O(1) |
| del key | O(k) k是鍵的個數 |
| mset key value | O(k) k是鍵的個數 |
| mget key | O(k) k是鍵的個數 |
| incr key | O(1) |
| decr key | O(1) |
| incrby key increment | O(1) |
| decrby keky increment | O(1) |
| incrbyfloat key iincrement | O(1) |
| append key value | O(1) |
| strlen key | O(1) |
| setrange key offset value | O(1) |
| getrange key start end | O(n) n是字串長度 |
內部編碼
在 Redis 中字串型別的內部編碼有 3 種：
- int：8 個位元組的長整型
- embstr：小於等於 39 個位元組的字串
- raw：大於 39 個位元組的字串
雜湊型別
大部分語言基本都提供了雜湊型別，如 Java 語言中的 Map 型別及 Python 語言中的字典型別等等。雖然語言不同，但它們基本使用都是一樣的，也就是都是鍵值對結構的。例如：
| 1 | value={{field1,value1} |
通過下圖可以直觀感受一下字串型別和雜湊型別的區別：
Redis 中雜湊型別都是鍵值對結構的，所以要特別注意這裡的 value 並不是指 Redis 中 key 的 value，而是雜湊型別中的 field 所對應的 value。
命令
下面我們還是和介紹字串型別一樣，瞭解一下 Redis 中雜湊型別的相關命令。
1.設定值
| 1 | hset key field value |
我們看上圖執行的命令知道，hset 命令也是有返回值的。如果 hset 命令設定成功，則返回 1，否則返回 0。除此之外 Redis 也為雜湊型別提供了 hsetnx 命令。在前文對字串的介紹中，我們知道 nx 命令只有當 key 不存在的時候，才能設定成功，同樣的，hsetnx 命令在 field 不存在的時候，才能設定成功。
2.獲取值
| 1 | hget key field |
我們看 hget 命令和 get 有很大的不同，get 命令在獲取的時候，只要寫一個名字就可以了，而 hget 命令則要寫兩個名字，第一個名字是 key，第二個名字是 field。當然 key 或者 field 不存在時，返回的結果都是 nil。
3.刪除 field
| 1 | hdel key field[field...] |
hdel 命令刪除的時候，也會有返回值，並且這個返回就是成功刪除 field 的個數。當 field 不存在時，並不會報錯，而是直接返回 0。
4.計算 field 個數
| 1 | hlen key |
hlen 命令返回的就是當前 key 中 field 的個數，如果 key 不存在，則返回 0。
5.批量設定或獲取 field-value
| 12 | hmget key field[field...]hmset key field value[field value...] |
hmset 命令和 hmget 命令分別是批量設定和獲取值的，hmset 命令沒有什麼要注意的，但 hmget 命令要特別注意，當我們獲取一個不存在的 key 或者不存在的 field 時，Redis 並不會報錯，而是返回 nil。並且有幾個 field 不存在，則 Redis 返回幾個 nil。
6.判斷 field 是否存在
| 1 | hexists key field |
當執行 hexists 命令時，如果當前 key 包括 field，則返回 1，否則返回 0。
7.獲取所有 field
| 1 | hkeys key |
8.獲取所有 value
| 1 | hvals key |
9.獲取所有的 field-value
| 1 | hgetall key |
hgetall 命令會返回當前 key 中的所有 field-value，並按照順序依次返回。
10.計數
| 12 | hincrby key field incrementhincrbyfloat key field increment |
hincrby 命令和 incrby 命令的使用功能基本一樣，都是對值進行增量操作的，唯一不同的就是 incrby 命令的作用域是 key，而 hincrby 命令的作用域則是 field。
11.計算 value 的字串長度
| 1 | hstrlen key field |
hstrlen 命令返回的是當前 key 中 field 中字串的長度，如果當前 key 中沒有 field 則返回 0。
時間複雜度
| 命令 | 時間複雜度 |
| hset key field value | O(1) |
| hget key field | O(1) |
| hdel key field [field …] | O(k) ，k是field個數 |
| hlen key | O(1) |
| hgetall key | O(n) ，n是field總數 |
| hmget key field [field …] | O(k) ，k是field個數 |
| hmset key field value [field value …] | O(k) ，k是field個數 |
| hexists key field | O(1) |
| hkeys key | O(n) ，n是field總數 |
| hvals key | O(n) ，n是field總數 |
| hsetnx key field value | O(1) |
| hincrby key field increment | O(1) |
| hincrbyfloat key field increment | O(1) |
| hstrlen key field | O(1) |
內部編碼
Redis 雜湊型別的內部編碼有兩種，它們分別是：
- ziplist（壓縮列表）：當雜湊型別中元素個數小於 hash-max-ziplist-entries 配置（預設 512 個），同時所有值都小於 hash-max-ziplist-value 配置（預設 64 位元組）時，Redis 會使用 ziplist 作為雜湊的內部實現。
- hashtable（雜湊表）：當上述條件不滿足時，Redis 則會採用 hashtable 作為雜湊的內部實現。
下面我們通過以下命令來演示一下 ziplist 和 hashtable 這兩種內部編碼。
當 field 個數比較少並且 value 也不是很大時候 Redis 雜湊型別的內部編碼為 ziplist：
當 value 中的位元組數大於 64 位元組時（可以通過 hash-max-ziplist-value 設定），內部編碼會由 ziplist 變成 hashtable。
當 field 個數超過 512（可以通過 hash-max-ziplist-entries 引數設定），內部編碼也會由 ziplist 變成 hashtable。
由於直接手動建立 512 個 field 不方便，為了更好的驗證該功能，我將用程式的方式，動態建立 512 個 field 來驗證此功能，下面為具體的程式碼：
| 12345678 | import redisr=redis.Redis(host='127.0.0.1',port=6379)print('Key為【userinfo】的位元組編碼為【%s】'%r.object('encoding','userinfo').decode('utf-8'))foriinrange(1,513): r.hset('userinfo',i,'吉林烏拉')print('Key為【userinfo】的位元組編碼為【%s】'%r.object('encoding','userinfo').decode('utf-8'))Key為【userinfo】的位元組編碼為【ziplist】Key為【userinfo】的位元組編碼為【hashtable】 |
列表型別
Redis 中列表型別可以簡單地理解為儲存多個有序字串的一種新型別，這種型別除了字串型別中已有的功能外，還提供了其它功能，如可以對列表的兩端插入和彈出元素（在列表中的字串都可以稱之為元素），除此之外還可以獲取指定的元素列表，並且還可以通過索引下標獲取指定元素等等。下面我們通過下圖來看一下 Redis 中列表型別的插入和彈出操作：
下面我們看一下 Redis 中列表型別的獲取與刪除操作：
Redis 列表型別的特點如下：
- 列表中所有的元素都是有序的，所以它們是可以通過索引獲取的，也就是上圖中的 lindex 命令。並且在 Redis 中列表型別的索引是從 0 開始的。
- 列表中的元素是可以重複的，也就是說在 Redis 列表型別中，可以儲存同名元素，如下圖所示：
命令
下面我們還是和學習其它資料型別一樣，我們還是先學習一下 Redis 列表型別的命令。
1.新增操作
- 從右邊插入元素
| 1 | rpush key value[value...] |
我們看 rpush 命令在插入時，是有返回值的，返回值的數量就是當前列表中所有元素的個數。
我們也可以用下面的命令從左到右獲取當前列表中的所有的元素，也就是如上圖所示中那樣。
| 1 | lrange0-1 |
- 從左邊插入元素
| 1 | lpush key value[value...] |
lpush 命令的返回值及用法和 rpush 命令一樣。通過上面的事例證明了我們前面說的，rpush 命令和 lpush 命令的返回值並不是當前插入元素的個數，而是當前 key 中全部元素的個數，因為當前 key 中已經有了 3 個元素，所以我們在執行插入命令時，返回的就是 6 而不是 3，。
- 向某個元素前或者後插入元素
| 1 | linsert key BEFORE|AFTER pivot value |
linsert 命令在執行的時候首先會從當前列表中查詢到 pivot 元素，其次再將這個新元素插入到 pivot 元素的前面或者後面。並且我們通過上圖可以知道 linsert 命令在執行成功後也是會有返回值的，返回的結果就是當前列表中元素的個數。
2.查詢
- 獲取指定範圍內的元素列表
| 1 | lrange key start stop |
lrange 命令會獲取列表中指定索引範圍的所有元素。
通過索引獲取列表主要有兩個特點：
- 索引下標從左到右分別是 0 到 N-1，從右到左是 -1 到 -N。
- lrange 命令中的 stop 引數在執行時會包括當前元素，並不是所有的語言都是這樣的。我們要獲取列表中前兩個