Redis有5個(gè)基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，string、list、hash、set和zset。它們是日常開發(fā)中使用頻率非常高應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，把這5個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都吃透了，你就掌握了Redis應(yīng)用知識的一半了。
首先我們從string談起。string表示的是一個(gè)可變的字節(jié)數(shù)組，我們初始化字符串的內(nèi)容、可以拿到字符串的長度，可以獲取string的子串，可以覆蓋string的子串內(nèi)容，可以追加子串。
Redis的字符串是動(dòng)態(tài)字符串，是可以修改的字符串，內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上類似于Java的ArrayList，采用預(yù)分配冗余空間的方式來減少內(nèi)存的頻繁分配，如圖中所示，內(nèi)部為當(dāng)前字符串實(shí)際分配的空間capacity一般要高于實(shí)際字符串長度len。當(dāng)字符串長度小于1M時(shí)，擴(kuò)容都是加倍現(xiàn)有的空間，如果超過1M，擴(kuò)容時(shí)一次只會多擴(kuò)1M的空間。需要注意的是字符串大長度為512M。
初始化字符串?需要提供「變量名稱」和「變量的內(nèi)容」
>?set?ireader?beijing.zhangyue.keji.gufen.youxian.gongsi?OK?復(fù)制代碼
獲取字符串的內(nèi)容?提供「變量名稱」
>?get?ireader?"beijing.zhangyue.keji.gufen.youxian.gongsi"?復(fù)制代碼
獲取字符串的長度?提供「變量名稱」
>?strlen?ireader?(integer)?42?復(fù)制代碼
獲取子串?提供「變量名稱」以及開始和結(jié)束位置[start, end]
>?getrange?ireader?28?34?"youxian"?復(fù)制代碼
覆蓋子串?提供「變量名稱」以及開始位置和目標(biāo)子串
>?setrange?ireader?28?wooxian?(integer)?42??#?返回長度?>?get?ireader?"beijing.zhangyue.keji.gufen.wooxian.gongsi"?復(fù)制代碼
追加子串
>?append?ireader?.hao?(integer)?46?#?返回長度?>?get?ireader?"beijing.zhangyue.keji.gufen.wooxian.gongsi.hao"?復(fù)制代碼
遺憾的是字符串沒有提供字串插入方法和子串刪除方法。
計(jì)數(shù)器?如果字符串的內(nèi)容是一個(gè)整數(shù)，那么還可以將字符串當(dāng)成計(jì)數(shù)器來使用。
>?set?ireader?42?OK?>?get?ireader?"42"?>?incrby?ireader?100?(integer)?142?>?get?ireader?"142"?>?decrby?ireader?100?(integer)?42?>?get?ireader?"42"?>?incr?ireader??#?等價(jià)于incrby?ireader?1?(integer)?43?>?decr?ireader??#?等價(jià)于decrby?ireader?1?(integer)?42?復(fù)制代碼
計(jì)數(shù)器是有范圍的，它不能超過Long.Max，不能低于Long.MIN
>?set?ireader?9223372036854775807?OK?>?incr?ireader?(error)?ERR?increment?or?decrement?would?overflow?>?set?ireader?-9223372036854775808?OK?>?decr?ireader?(error)?ERR?increment?or?decrement?would?overflow?復(fù)制代碼
過期和刪除?字符串可以使用del指令進(jìn)行主動(dòng)刪除，可以使用expire指令設(shè)置過期時(shí)間，到點(diǎn)會自動(dòng)刪除，這屬于被動(dòng)刪除?？梢允褂胻tl指令獲取字符串的壽命。
>?expire?ireader?60?(integer)?1??#?1表示設(shè)置成功，0表示變量ireader不存在?>?ttl?ireader?(integer)?50??#?還有50秒的壽命，返回-2表示變量不存在，-1表示沒有設(shè)置過期時(shí)間?>?del?ireader?(integer)?1??#?刪除成功返回1?>?get?ireader?(nil)??#?變量ireader沒有了?復(fù)制代碼
Redis將列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)命名為list而不是array，是因?yàn)榱斜淼拇鎯Y(jié)構(gòu)用的是鏈表而不是數(shù)組，而且鏈表還是雙向鏈表。因?yàn)樗擎湵?，所以隨機(jī)定位性能較弱，首尾插入刪除性能較優(yōu)。如果list的列表長度很長，使用時(shí)我們一定要關(guān)注鏈表相關(guān)操作的時(shí)間復(fù)雜度。
負(fù)下標(biāo)?鏈表元素的位置使用自然數(shù)0,1,2,....n-1表示，還可以使用負(fù)數(shù)-1,-2,...-n來表示，-1表示「倒數(shù)第一」，-2表示「倒數(shù)第二」，那么-n就表示第一個(gè)元素，對應(yīng)的下標(biāo)為0。
隊(duì)列／堆棧?鏈表可以從表頭和表尾追加和移除元素，結(jié)合使用rpush/rpop/lpush/lpop四條指令，可以將鏈表作為隊(duì)列或堆棧使用，左向右向進(jìn)行都可以
#?右進(jìn)左出?>?rpush?ireader?go?(integer)?1?>?rpush?ireader?java?python?(integer)?3?>?lpop?ireader?"go"?>?lpop?ireader?"java"?>?lpop?ireader?"python"?#?左進(jìn)右出?>?lpush?ireader?go?java?python?(integer)?3?>?rpop?ireader?"go"?...?#?右進(jìn)右出?>?rpush?ireader?go?java?python?(integer)?3?>?rpop?ireader??"python"?...?#?左進(jìn)左出?>?lpush?ireader?go?java?python?(integer)?3?>?lpop?ireader?"python"?...?復(fù)制代碼
在日常應(yīng)用中，列表常用來作為異步隊(duì)列來使用。
長度?使用llen指令獲取鏈表長度
>?rpush?ireader?go?java?python?(integer)?3?>?llen?ireader?(integer)?3?復(fù)制代碼
隨機(jī)讀?可以使用lindex指令訪問指定位置的元素，使用lrange指令來獲取鏈表子元素列表，提供start和end下標(biāo)參數(shù)
>?rpush?ireader?go?java?python?(integer)?3?>?lindex?ireader?1?"java"?>?lrange?ireader?0?2?1)?"go"?2)?"java"?3)?"python"?>?lrange?ireader?0?-1??#?-1表示倒數(shù)第一?1)?"go"?2)?"java"?3)?"python"?復(fù)制代碼
使用lrange獲取全部元素時(shí)，需要提供end_index，如果沒有負(fù)下標(biāo)，就需要首先通過llen指令獲取長度，才可以得出end_index的值，有了負(fù)下標(biāo)，使用-1代替end_index就可以達(dá)到相同的效果。
修改元素?使用lset指令在指定位置修改元素。
>?rpush?ireader?go?java?python?(integer)?3?>?lset?ireader?1?javascript?OK?>?lrange?ireader?0?-1?1)?"go"?2)?"javascript"?3)?"python"?復(fù)制代碼
插入元素?使用linsert指令在列表的中間位置插入元素，有經(jīng)驗(yàn)的程序員都知道在插入元素時(shí)，我們經(jīng)常搞不清楚是在指定位置的前面插入還是后面插入，所以antirez在linsert指令里增加了方向參數(shù)before/after來顯示指示前置和后置插入。不過讓人意想不到的是linsert指令并不是通過指定位置來插入，而是通過指定具體的值。這是因?yàn)樵诜植际江h(huán)境下，列表的元素總是頻繁變動(dòng)的，意味著上一時(shí)刻計(jì)算的元素下標(biāo)在下一時(shí)刻可能就不是你所期望的下標(biāo)了。
>?rpush?ireader?go?java?python?(integer)?3?>?linsert?ireader?before?java?ruby?(integer)?4?>?lrange?ireader?0?-1?1)?"go"?2)?"ruby"?3)?"java"?4)?"python"?復(fù)制代碼
到目前位置，我還沒有在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)插入指定的應(yīng)用場景。
刪除元素?列表的刪除操作也不是通過指定下標(biāo)來確定元素的，你需要指定刪除的大個(gè)數(shù)以及元素的值
>?rpush?ireader?go?java?python?(integer)?3?>?lrem?ireader?1?java?(integer)?1?>?lrange?ireader?0?-1?1)?"go"?2)?"python"?復(fù)制代碼
定長列表?在實(shí)際應(yīng)用場景中，我們有時(shí)候會遇到「定長列表」的需求。比如要以走馬燈的形式實(shí)時(shí)顯示中獎(jiǎng)用戶名列表，因?yàn)橹歇?jiǎng)用戶實(shí)在太多，能顯示的數(shù)量一般不超過100條，那么這里就會使用到定長列表。維持定長列表的指令是ltrim，需要提供兩個(gè)參數(shù)start和end，表示需要保留列表的下標(biāo)范圍，范圍之外的所有元素都將被移除。
>?rpush?ireader?go?java?python?javascript?ruby?erlang?rust?cpp?(integer)?8?>?ltrim?ireader?-3?-1?OK?>?lrange?ireader?0?-1?1)?"erlang"?2)?"rust"?3)?"cpp"?復(fù)制代碼
如果指定參數(shù)的end對應(yīng)的真實(shí)下標(biāo)小于start，其效果等價(jià)于del指令，因?yàn)檫@樣的參數(shù)表示需要需要保留列表元素的下標(biāo)范圍為空。
快速列表
哈希等價(jià)于Java語言的HashMap或者是Python語言的dict，在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上它使用二維結(jié)構(gòu)，第一維是數(shù)組，第二維是鏈表，hash的內(nèi)容key和value存放在鏈表中，數(shù)組里存放的是鏈表的頭指針。通過key查找元素時(shí)，先計(jì)算key的hashcode，然后用hashcode對數(shù)組的長度進(jìn)行取模定位到鏈表的表頭，再對鏈表進(jìn)行遍歷獲取到相應(yīng)的value值，鏈表的作用就是用來將產(chǎn)生了「hash碰撞」的元素串起來。Java語言開發(fā)者會感到非常熟悉，因?yàn)檫@樣的結(jié)構(gòu)和HashMap是沒有區(qū)別的。哈希的第一維數(shù)組的長度也是2^n。
增加元素?可以使用hset一次增加一個(gè)鍵值對，也可以使用hmset一次增加多個(gè)鍵值對
>?hset?ireader?go?fast?(integer)?1?>?hmset?ireader?java?fast?python?slow?OK?復(fù)制代碼
獲取元素?可以通過hget定位具體key對應(yīng)的value，可以通過hmget獲取多個(gè)key對應(yīng)的value，可以使用hgetall獲取所有的鍵值對，可以使用hkeys和hvals分別獲取所有的key列表和value列表。這些操作和Java語言的Map接口是類似的。
>?hmset?ireader?go?fast?java?fast?python?slow?OK?>?hget?ireader?go?"fast"?>?hmget?ireader?go?python?1)?"fast"?2)?"slow"?>?hgetall?ireader?1)?"go"?2)?"fast"?3)?"java"?4)?"fast"?5)?"python"?6)?"slow"?>?hkeys?ireader?1)?"go"?2)?"java"?3)?"python"?>?hvals?ireader?1)?"fast"?2)?"fast"?3)?"slow"?復(fù)制代碼
刪除元素?可以使用hdel刪除指定key，hdel支持同時(shí)刪除多個(gè)key
>?hmset?ireader?go?fast?java?fast?python?slow?OK?>?hdel?ireader?go?(integer)?1?>?hdel?ireader?java?python?(integer)?2?復(fù)制代碼
判斷元素是否存在?通常我們使用hget獲得key對應(yīng)的value是否為空就直到對應(yīng)的元素是否存在了，不過如果value的字符串長度特別大，通過這種方式來判斷元素存在與否就略顯浪費(fèi)，這時(shí)可以使用hexists指令。
>?hmset?ireader?go?fast?java?fast?python?slow?OK?>?hexists?ireader?go?(integer)?1?復(fù)制代碼
計(jì)數(shù)器?hash結(jié)構(gòu)還可以當(dāng)成計(jì)數(shù)器來使用，對于內(nèi)部的每一個(gè)key都可以作為獨(dú)立的計(jì)數(shù)器。如果value值不是整數(shù)，調(diào)用hincrby指令會出錯(cuò)。
>?hincrby?ireader?go?1?(integer)?1?>?hincrby?ireader?python?4?(integer)?4?>?hincrby?ireader?java?4?(integer)?4?>?hgetall?ireader?1)?"go"?2)?"1"?3)?"python"?4)?"4"?5)?"java"?6)?"4"?>?hset?ireader?rust?good?(integer)?1?>?hincrby?ireader?rust?1?(error)?ERR?hash?value?is?not?an?integer?復(fù)制代碼
擴(kuò)容?當(dāng)hash內(nèi)部的元素比較擁擠時(shí)(hash碰撞比較頻繁)，就需要進(jìn)行擴(kuò)容。擴(kuò)容需要申請新的兩倍大小的數(shù)組，然后將所有的鍵值對重新分配到新的數(shù)組下標(biāo)對應(yīng)的鏈表中(rehash)。如果hash結(jié)構(gòu)很大，比如有上百萬個(gè)鍵值對，那么一次完整rehash的過程就會耗時(shí)很長。這對于單線程的Redis里來說有點(diǎn)壓力山大。所以Redis采用了漸進(jìn)式rehash的方案。它會同時(shí)保留兩個(gè)新舊hash結(jié)構(gòu)，在后續(xù)的定時(shí)任務(wù)以及hash結(jié)構(gòu)的讀寫指令中將舊結(jié)構(gòu)的元素逐漸遷移到新的結(jié)構(gòu)中。這樣就可以避免因擴(kuò)容導(dǎo)致的線程卡頓現(xiàn)象。
縮容?Redis的hash結(jié)構(gòu)不但有擴(kuò)容還有縮容，從這一點(diǎn)出發(fā)，它要比Java的HashMap要厲害一些，Java的HashMap只有擴(kuò)容。縮容的原理和擴(kuò)容是一致的，只不過新的數(shù)組大小要比舊數(shù)組小一倍。
Java程序員都知道HashSet的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)使用的是HashMap，只不過所有的value都指向同一個(gè)對象。Redis的set結(jié)構(gòu)也是一樣，它的內(nèi)部也使用hash結(jié)構(gòu)，所有的value都指向同一個(gè)內(nèi)部值。
增加元素?可以一次增加多個(gè)元素
>?sadd?ireader?go?java?python?(integer)?3?復(fù)制代碼
讀取元素?使用smembers列出所有元素，使用scard獲取集合長度，使用srandmember獲取隨機(jī)count個(gè)元素，如果不提供count參數(shù)，默認(rèn)為1
>?sadd?ireader?go?java?python?(integer)?3?>?smembers?ireader?1)?"java"?2)?"python"?3)?"go"?>?scard?ireader?(integer)?3?>?srandmember?ireader?"java"?復(fù)制代碼
刪除元素?使用srem刪除一到多個(gè)元素，使用spop刪除隨機(jī)一個(gè)元素
>?sadd?ireader?go?java?python?rust?erlang?(integer)?5?>?srem?ireader?go?java?(integer)?2?>?spop?ireader?"erlang"?復(fù)制代碼
判斷元素是否存在?使用sismember指令，只能接收單個(gè)元素
>?sadd?ireader?go?java?python?rust?erlang?(integer)?5?>?sismember?ireader?rust?(integer)?1?>?sismember?ireader?javascript?(integer)?0?復(fù)制代碼
SortedSet(zset)是Redis提供的一個(gè)非常特別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一方面它等價(jià)于Java的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Map，可以給每一個(gè)元素value賦予一個(gè)權(quán)重score，另一方面它又類似于TreeSet，內(nèi)部的元素會按照權(quán)重score進(jìn)行排序，可以得到每個(gè)元素的名次，還可以通過score的范圍來獲取元素的列表。
zset底層實(shí)現(xiàn)使用了兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，第一個(gè)是hash，第二個(gè)是跳躍列表，hash的作用就是關(guān)聯(lián)元素value和權(quán)重score，保障元素value的唯一性，可以通過元素value找到相應(yīng)的score值。跳躍列表的目的在于給元素value排序，根據(jù)score的范圍獲取元素列表。
增加元素?通過zadd指令可以增加一到多個(gè)value/score對，score放在前面
>?zadd?ireader?4.0?python?(integer)?1?>?zadd?ireader?4.0?java?1.0?go?(integer)?2?復(fù)制代碼
長度?通過指令zcard可以得到zset的元素個(gè)數(shù)
>?zcard?ireader?(integer)?3?復(fù)制代碼
刪除元素?通過指令zrem可以刪除zset中的元素，可以一次刪除多個(gè)
>?zrem?ireader?go?python?(integer)?2?復(fù)制代碼
計(jì)數(shù)器?同hash結(jié)構(gòu)一樣，zset也可以作為計(jì)數(shù)器使用。
>?zadd?ireader?4.0?python?4.0?java?1.0?go?(integer)?3?>?zincrby?ireader?1.0?python?"5"?復(fù)制代碼
獲取排名和分?jǐn)?shù)?通過zscore指令獲取指定元素的權(quán)重，通過zrank指令獲取指定元素的正向排名，通過zrevrank指令獲取指定元素的反向排名[倒數(shù)第一名]。正向是由小到大，負(fù)向是由大到小。
>?zscore?ireader?python?"5"?>?zrank?ireader?go??#?分?jǐn)?shù)低的排名考前，rank值小?(integer)?0?>?zrank?ireader?java?(integer)?1?>?zrank?ireader?python?(integer)?2?>?zrevrank?ireader?python?(integer)?0?復(fù)制代碼
根據(jù)排名范圍獲取元素列表?通過zrange指令指定排名范圍參數(shù)獲取對應(yīng)的元素列表，攜帶withscores參數(shù)可以一并獲取元素的權(quán)重。通過zrevrange指令按負(fù)向排名獲取元素列表[倒數(shù)]。正向是由小到大，負(fù)向是由大到小。
>?zrange?ireader?0?-1??#?獲取所有元素?1)?"go"?2)?"java"?3)?"python"?>?zrange?ireader?0?-1?withscores?1)?"go"?2)?"1"?3)?"java"?4)?"4"?5)?"python"?6)?"5"?>?zrevrange?ireader?0?-1?withscores?1)?"python"?2)?"5"?3)?"java"?4)?"4"?5)?"go"?6)?"1"?復(fù)制代碼
根據(jù)score范圍獲取列表?通過zrangebyscore指令指定score范圍獲取對應(yīng)的元素列表。通過zrevrangebyscore指令獲取倒排元素列表。正向是由小到大，負(fù)向是由大到小。參數(shù)-inf表示負(fù)無窮，+inf表示正無窮。
>?zrangebyscore?ireader?0?5?1)?"go"?2)?"java"?3)?"python"?>?zrangebyscore?ireader?-inf?+inf?withscores?1)?"go"?2)?"1"?3)?"java"?4)?"4"?5)?"python"?6)?"5"?>?zrevrangebyscore?ireader?+inf?-inf?withscores??#?注意正負(fù)反過來了?1)?"python"?2)?"5"?3)?"java"?4)?"4"?5)?"go"?6)?"1"?復(fù)制代碼
根據(jù)范圍移除元素列表?可以通過排名范圍，也可以通過score范圍來一次性移除多個(gè)元素
>?zremrangebyrank?ireader?0?1?(integer)?2??#?刪掉了2個(gè)元素?>?zadd?ireader?4.0?java?1.0?go?(integer)?2?>?zremrangebyscore?ireader?-inf?4?(integer)?2?>?zrange?ireader?0?-1?1)?"python"?復(fù)制代碼
跳躍列表?zset內(nèi)部的排序功能是通過「跳躍列表」數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，它的結(jié)構(gòu)非常特殊，也比較復(fù)雜。這一塊的內(nèi)容深度讀者要有心理準(zhǔn)備。
因?yàn)閦set要支持隨機(jī)的插入和刪除，所以它不好使用數(shù)組來表示。我們先看一個(gè)普通的鏈表結(jié)構(gòu)。
我們需要這個(gè)鏈表按照score值進(jìn)行排序。這意味著當(dāng)有新元素需要插入時(shí)，需要定位到特定位置的插入點(diǎn)，這樣才可以繼續(xù)保證鏈表是有序的。通常我們會通過二分查找來找到插入點(diǎn)，但是二分查找的對象必須是數(shù)組，只有數(shù)組才可以支持快速位置定位，鏈表做不到，那該怎么辦？
想想一個(gè)創(chuàng)業(yè)公司，剛開始只有幾個(gè)人，團(tuán)隊(duì)成員之間人人平等，都是聯(lián)合創(chuàng)始人。隨著公司的成長，人數(shù)漸漸變多，團(tuán)隊(duì)溝通成本隨之增加。這時(shí)候就會引入組長制，對團(tuán)隊(duì)進(jìn)行劃分。每個(gè)團(tuán)隊(duì)會有一個(gè)組長。開會的時(shí)候分團(tuán)隊(duì)進(jìn)行，多個(gè)組長之間還會有自己的會議安排。公司規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)展，需要再增加一個(gè)層級——部門，每個(gè)部門會從組長列表中推選出一個(gè)代表來作為部長。部長們之間還會有自己的高層會議安排。
跳躍列表就是類似于這種層級制，最下面一層所有的元素都會串起來。然后每隔幾個(gè)元素挑選出一個(gè)代表來，再將這幾個(gè)代表使用另外一級指針串起來。然后在這些代表里再挑出二級代表，再串起來。最終就形成了金字塔結(jié)構(gòu)。
想想你老家在世界地圖中的位置：亞洲-->中國->安徽省->安慶市->樅陽縣->湯溝鎮(zhèn)->田間村->xxxx號，也是這樣一個(gè)類似的結(jié)構(gòu)。
「跳躍列表」之所以「跳躍」，是因?yàn)閮?nèi)部的元素可能「身兼數(shù)職」，比如上圖中間的這個(gè)元素，同時(shí)處于L0、L1和L2層，可以快速在不同層次之間進(jìn)行「跳躍」。
定位插入點(diǎn)時(shí)，先在頂層進(jìn)行定位，然后下潛到下一級定位，一直下潛到最底層找到合適的位置，將新元素插進(jìn)去。你也許會問那新插入的元素如何才有機(jī)會「身兼數(shù)職」呢？
跳躍列表采取一個(gè)隨機(jī)策略來決定新元素可以兼職到第幾層，首先L0層肯定是100%了，L1層只有50%的概率，L2層只有25%的概率，L3層只有12.5%的概率，一直隨機(jī)到最頂層L31層。絕大多數(shù)元素都過不了幾層，只有極少數(shù)元素可以深入到頂層。列表中的元素越多，能夠深入的層次就越深，能進(jìn)入到頂層的概率就會越大。
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