Redis支援五中資料型別：String（字串），Hash（雜湊），List（列表），Set（集合）及zset(sortedset：有序集合)。

Redis定義了豐富的原語命令，可以直接與Redis伺服器互動。實際應用中，我們不太會直接使用這些原語命令，Redis提供了Java，C/C++，C#，PHP，JavaScript，Perl，Object-C，Python，Ruby，Erlang等客戶端，大多情況下我們是通過各式各樣的客戶端來操作Redis。但是，任何語言的客戶端實際上都是對Redis原語命令的封裝，瞭解原語命令有助於理解客戶端的設計原理，知其然，知其所以然。

3.1、字串

String是Redis最基本的資料型別，結構為一個key對應一個value。

String型別是二進位制安全的，意味著可以包含任何資料，比如jpg圖片或者序列化的物件。

String型別的最大能儲存512M。

不像Linux有那麼多充滿想象力的命令，還喜歡帶一對莫名其妙的引數。Redis的原語命令很簡單，而且有規律可循，一句話概括，就是乾淨利索脆。

比如我們想設定往Redis中存放一個使用者名稱，用String型別儲存：

127.0.0.1:6379> SET name chenlongfei

OK

“OK”是Redis返回的響應，代表設定成功。

取出這個name的值：

127.0.0.1:6379> GET name

"chenlongfei"

想修改name的值為“clf”，重新SET一遍，覆蓋掉原來的值：

127.0.0.1:6379> SET name clf

OK

127.0.0.1:6379> GET name

"clf" 

想刪除該條資料：

127.0.0.1:6379> DEL name

(integer) 1   --該數字代表影響的記錄總數

127.0.0.1:6379> GET name

(nil)     --nil代表為空，不存在該物件

增刪改查命令一分鐘學會，想忘記都難，媽媽再也不用擔心我的學習！

3.2、雜湊

Redis的雜湊是field和value之間的對映，即鍵值對的集合，所以特別適合用於儲存物件。

Redis 中每個 hash 最多可以儲存 2^{32 - 1} 鍵值對（40多億）。

例如，我們想在Redis中儲存一個使用者資訊，包括使用者ID，使用者名稱，郵箱地址三個欄位：

127.0.0.1:6379>HMSET user_1 userId 123 userName clf email [email protected]

OK

127.0.0.1:6379> HGETALL user_1

1) "userId"

2) "123"

3) "userName"

4) "clf"

5) "email"

6) "[email protected]"

3.3、列表

Redis列表是簡單的字串列表，按照插入順序排序。支援新增一個元素到列表頭部（左邊）或者尾部（右邊）的操作。

一個列表最多可以包含 2^{32- 1} ，即超過40億個元素。

例如，我們想用一個名為“Continents”的列表盛放五大洲的名字：

127.0.0.1:6379> LPUSH Continents Asia Africa America Oceania Antarctica

(integer) 5

127.0.0.1:6379> LRANGE Continents 0 4  --獲取下標為0~4的元素

1) "Antarctica"

2) "Oceania"

3) "America"

4) "Africa"

5) "Asia"

Redis列表雖然名為列表，其實從特性上來講更像是棧，以最近放進去的元素為頭，以最早放進去的元素為尾，所以，Redis列表的下標呈倒序排列。上例中依次放進去的五個元素：Asia、Africa、America、Oceania、Antarctica，下標分別為4、3、2、1、0。這與Java中List的概念完全不一樣，需要特別注意。

與棧類似，當執行POP操作時，Redis列表彈出的是最新放進去的元素，類似於棧頂元素。

Redis列表還支援一種阻塞式操作，比如BLPOP（Blockd List Pop之縮寫），移出並獲取列表的第一個元素，如果列表沒有元素（或列表不存在）會阻塞列表直到等待超時或發現可彈出元素為止。

例如，我們對一個不存在的列表“myList”執行BLPOP命令：

BLPOPmyList 20 -- 彈出myList列表的第一個元素，如果沒有，阻塞20秒

該客戶端會進入阻塞狀態，如果20秒之內該列表存入了元素，則彈出：

27.0.0.1:6379> BLPOP myList 20 --若無元素則進入阻塞狀態，限時20秒

1) "myList"

2) "hello"

(6.20s)

如果超時後仍然沒有等到元素，則結束阻塞，返回nil：

127.0.0.1:6379> BLPOP myList 20

(nil)

(20.07s)

3.4、集合

Redis集合是String型別的無序集合。集合成員是唯一的，這就意味著集合中不能出現重複的資料。

Redis集合是通過雜湊表實現的，所以新增，刪除，查詢的複雜度都是O(1)。

集合中最大的成員數為 2^{32- 1} ，即每個集合最多可儲存40多億個成員。

集合的一大特點就是不能有重複元素，如果插入重複元素，Redis會忽略該操作：

127.0.0.1:6379> SADD direction east west south north

(integer) 4

127.0.0.1:6379> SMEMBERS direction

1) "west"

2) "east"

3) "north"

4) "south"

127.0.0.1:6379> SADD direction east

(integer) 0  --east元素已經存在，該操作無效

127.0.0.1:6379> SMEMBERS direction

1) "west"

2) "east"

3) "north"

4) "south"

Redis集合還有兩大特點，一是支援隨機獲取元素，二是支援集合間的取差集、交集與並集操作。

3.5、有序列表

Redis 有序集合和集合一樣也是String型別元素的集合，且不允許重複的成員。

不同的是每個元素都會關聯一個double型別的分數。Redis正是通過分數來為集合中的成員進行從小到大的排序。有序集合的成員是唯一的，但分數(score)卻可以重複。

集合是通過雜湊表實現的，所以新增，刪除，查詢的複雜度都是O(1)。

集合中最大的成員數為 2^{32- 1} ，即每個集合最多可儲存40多億個成員。

例如，、使用有序列表來儲存學生的成績單：

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 82 Tom

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 65.5 Jack

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 43.5 Rubby

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 99 Winner

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 78 Linda

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZRANGE scoreList 0 100 WITHSCORES --獲取名次在0~100之間的記錄

 1)"Rubby"

 2)"43.5"

 3)"Jack"

 4)"65.5"

 5)"Linda"

 6)"78"

 7)"Tom"

 8)"82"

 9)"Winner"

10) "99"

需要注意的是，Redis有序集合是預設升序的，score越低排名越靠前，即score越低的元素下標越小。

3.6、儲存結構

Redis的一種物件型別可以有不同的儲存結構來實現，從而同時兼顧效能和記憶體。

字典是Redis最基礎的資料結構，一個字典即一個DB，Redis支援多DB。

Redis字典採用Hash表實現，針對碰撞問題，採用的方法為“鏈地址法”，即將多個雜湊值相同的節點串連在一起，從而解決衝突問題。

“鏈地址法”的問題在於當碰撞劇烈時，效能退化嚴重，例如：當有n個數據，m個槽位，如果m=1，則整個Hash表退化為連結串列，查詢複雜度O(n)。為了避免Hash碰撞攻擊，Redis隨機化了Hash表種子。

Redis的方案是“雙buffer”，正常流程使用一個buffer，當發現碰撞劇烈（判斷依據為當前槽位數和Key數的對比），分配一個更大的buffer，然後逐步將資料從老的buffer遷移到新的buffer。

redisObject是真正儲存redis各種型別的結構，在Redis原始碼的redis.h檔案中，定義了這些結構：

1. /* A redisobject, that is a type able to hold a string / list / set */
2. /* The actualRedis Object */
3. #define REDIS_LRU_BITS 24
4. #define REDIS_LRU_CLOCK_MAX ((1<<REDIS_LRU_BITS)-1)/* Max value of obj->lru */
5. #define REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION 1000/* LRU clock resolution in ms */
6. typedefstruct redisObject {  
7.     unsigned type:4;  
8.     unsigned encoding:4;  
9.     unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time(relative to server.lruclock) */
10.     intrefcount;  
11.     void*ptr;  
12. } robj;  

其中type即Redis支援的邏輯型別，包括：

1. /* Object types*/
2. #define REDIS_STRING 0
3. #define REDIS_LIST 1
4. #define REDIS_SET 2
5. #define REDIS_ZSET 3
6. #define REDIS_HASH 4

1. /* Objectsencoding. Some kind of objects like Strings and Hashes can be 
2.  * internally represented in multiple ways. The'encoding' field of the object 
3.  * is set to one of this fields for thisobject. */
4. #defineREDIS_ENCODING_RAW 0     /* Rawrepresentation */
5. #defineREDIS_ENCODING_INT 1     /* Encoded asinteger */
6. #define REDIS_ENCODING_HT2      /* Encoded as hash table */
7. #defineREDIS_ENCODING_ZIPMAP 3  /* Encoded aszipmap */
8. #defineREDIS_ENCODING_LINKEDLIST 4 /* Encoded as regular linked list */
9. #defineREDIS_ENCODING_ZIPLIST 5 /* Encoded as ziplist */
10. #define REDIS_ENCODING_INTSET6  /* Encoded as intset */
11. #defineREDIS_ENCODING_SKIPLIST 7  /* Encoded asskiplist */
12. #defineREDIS_ENCODING_EMBSTR 8  /* Embedded sdsstring encoding */

（2）REDIS_ENCODING_INT 代表整數，以long型儲存。

（3） REDIS_ENCODING_HT 代表雜湊表（Hash Table），以雜湊表結構儲存，與字典的實現方法一致。

（4）REDIS_ENCODING_ZIPMAP 其實質是用一個字串陣列來依次儲存key和value，查詢時是依次遍列每個key-value 對，直到查到為止。

（5）REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 代表連結串列，以典型的連結串列結構儲存。

（6） REDIS_ENCODING_ZIPLIST 代表一種雙端列表，且通過特殊的格式定義，壓縮記憶體適用，以時間換空間。ZIPLIST適合小資料量的讀場景，不適合大資料量的多寫/刪除場景。

（7） REDIS_ENCODING_INTSET  是用一個有序的整數陣列來實現的。

（8）REDIS_ENCODING_SKIPLIST  同時採用字典和有序集兩種資料結構來儲存資料元素。跳躍表（SkipList）是一個特殊的連結串列，相比一般的連結串列，有更高的查詢效率，其效率可比擬於二叉查詢樹。一張關於跳錶和跳錶搜尋過程如下圖：

在圖中，需要尋找 68，在給出的查詢過程中，利用跳錶資料結構優勢，只比較了 3次，橫箭頭不比較，豎箭頭比較。由此可見，跳錶預先間隔地儲存了有序連結串列中的節點，從而在查詢過程中能達到類似於二分搜尋的效果，而二分搜尋思想就是通過比較中點資料放棄另一半的查詢，從而節省一半的查詢時間。

缺點即浪費了空間，自古空間和時間兩難全。

（9）REDIS_ENCODING_EMBSTR  代表使用embstr編碼的簡單動態字串。好處有如下幾點： embstr的建立只需分配一次記憶體，而raw為兩次（一次為sds分配物件，另一次為objet分配物件，embstr省去了第一次）。相對地，釋放記憶體的次數也由兩次變為一次。embstr的objet和sds放在一起，更好地利用快取帶來的優勢。需要注意的是，Redis並未提供任何修改embstr的方式，即embstr是隻讀的形式。對embstr的修改實際上是先轉換為raw再進行修改。

3.6.1 字串的儲存結構

Redis的所有的key都採用字串儲存，而值可以是字串，列表，雜湊，集合和有序集合物件的其中一種。

字串儲存的邏輯型別即REDIS_STRING，其物理實現（enconding）可以為 REDIS_ENCODING_INT、 REDIS_ENCODING_EMBSTR或REDIS_ENCODING_RAW。

首先，如果可以使用REDIS_ENCODING_EMBSTR編碼，Redis首選REDIS_ENCODING_EMBSTR儲存；其次，如果可以轉換，Redis會嘗試將一個字串轉化為Long，儲存為REDIS_ENCODING_INT，如“26”、“180”等；最後，Redis會儲存為REDIS_ENCODING_RAW，如“chenlongfei”、“Redis”等。

3.6.2 雜湊的儲存結構

REDIS_HASH可以有兩種encoding方式： REDIS_ENCODING_ZIPLIST 和 REDIS_ENCODING_HT

Hash表預設的編碼格式為REDIS_ENCODING_ZIPLIST，在收到來自使用者的插入資料的命令時：

（1）呼叫hashTypeTryConversion函式檢查鍵/值的長度大於配置的hash_max_ziplist_value（預設64）

（2）呼叫hashTypeSet判斷節點數量大於配置的hash_max_ziplist_entries（預設512）

以上任意條件滿足則將Hash表的資料結構從REDIS_ENCODING_ZIPLIST轉為REDIS_ENCODING_HT。

3.6.3 列表的儲存結構

REDIS_SET有兩種encoding方式，REDIS_ENCODING_ZIPLIST和REDIS_ENCODING_LINKEDLIST。

列表的預設編碼格式為REDIS_ENCODING_ZIPLIST，當滿足以下條件時，編碼格式轉換為REDIS_ENCODING_LINKEDLIST：

（1）元素大小大於list-max-ziplist-value（預設64）

（2）元素個數大於配置的list-max-ziplist-entries（預設512）

3.6.4 集合的儲存結構

REDIS_SET有兩種encoding方式： REDIS_ENCODING_INTSET 和 REDIS_ENCODING_HT。

集合的元素型別和數量決定了encoding方式，預設採用REDIS_ENCODING_INTSET ，當滿足以下條件時，轉換為REDIS_ENCODING_HT：

（1）元素型別不是整數

（2）元素個數超過配置的set-max-intset-entries（預設512）

3.6.5 有序列表的儲存結構

REDIS_ZSET有兩種encoding方式： REDIS_ENCODING_ZIPLIST（同上）和 REDIS_ENCODING_SKIPLIST。

由於有序集合每一個元素包括：<member，score>兩個屬性，為了保證對member和score都有很好的查詢效能，REDIS_ENCODING_SKIPLIST同時採用字典和有序集兩種資料結構來儲存資料元素。字典和有序集通過指標指向同一個資料節點來避免資料冗餘。

字典中使用member作為key，score作為value，從而保證在O(1)時間對member的查詢跳躍表基於score做排序，從而保證在 O(logN) 時間內完成通過score對memer的查詢。

有序集合預設也是採用REDIS_ENCODING_ZIPLIST的實現，當滿足以下條件時，轉換為REDIS_ENCODING_SKIPLIST：

（1）資料元素個數超過配置zset_max_ziplist_entries 的值（預設值為 128 ）

（2）新新增元素的 member 的長度大於配置的zset_max_ziplist_value 的值（預設值為 64 ）

3.6.6 總結

針對同一種資料型別，Redis會根據元素型別/大小/個數採用不同的編碼方式，不同的編碼方式在記憶體使用效率/查詢效率上差距巨大，可以通過配置檔案調整引數來達到最優。