今天就跟大家聊聊有關(guān)redis中都有哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，希望大家根據(jù)這篇文章可以有所收獲。

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Redis核心對(duì)象

在Redis中有一個(gè)「核心的對(duì)象」叫做redisObject ，是用來(lái)表示所有的key和value的，用redisObject結(jié)構(gòu)體來(lái)表示String、Hash、List、Set、ZSet五種數(shù)據(jù)類型。

redisObject的源代碼在redis.h中，使用c語(yǔ)言寫(xiě)的，感興趣的可以自行查看，關(guān)于redisObject我這里畫(huà)了一張圖，表示redisObject的結(jié)構(gòu)如下所示：

閃瞎人的五顏六色圖

在redisObject中「type表示屬于哪種數(shù)據(jù)類型，encoding表示該數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式」，也就是底層的實(shí)現(xiàn)的該數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此這篇文章具體介紹的也是encoding對(duì)應(yīng)的部分。

那么encoding中的存儲(chǔ)類型又分別表示什么意思呢？具體數(shù)據(jù)類型所表示的含義，如下圖所示：

圖片截圖出自《Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第二版》

可能看完這圖，還是覺(jué)得一臉懵。不慌，會(huì)進(jìn)行五種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)介紹，這張圖只是讓你找到每種中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)存類型有哪些，大概腦子里有個(gè)印象。

舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，你在Redis中設(shè)置一個(gè)字符串key 234，然后查看這個(gè)字符串的存儲(chǔ)類型就會(huì)看到為int類型，非整數(shù)型的使用的是embstr儲(chǔ)存類型，具體操作如下圖所示：

String類型

String是Redis最基本的數(shù)據(jù)類型，上面的簡(jiǎn)介中也說(shuō)到Redis是用c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。但是Redis中的字符串和c語(yǔ)言中的字符串類型卻是有明顯的區(qū)別。

String類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)方式有三種int、raw、embstr。那么這三種存儲(chǔ)方式有什么區(qū)別呢？

int

Redis中規(guī)定假如存儲(chǔ)的是「整數(shù)型值」，比如set num 123這樣的類型，就會(huì)使用 int的存儲(chǔ)方式進(jìn)行存儲(chǔ)，在redisObject的「ptr屬性」中就會(huì)保存該值。

SDS

假如存儲(chǔ)的「字符串是一個(gè)字符串值并且長(zhǎng)度大于32個(gè)字節(jié)」就會(huì)使用SDS（simple dynamic string）方式進(jìn)行存儲(chǔ)，并且encoding設(shè)置為raw；若是「字符串長(zhǎng)度小于等于32個(gè)字節(jié)」就會(huì)將encoding改為embstr來(lái)保存字符串。

SDS稱為「簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串」，對(duì)于SDS中的定義在Redis的源碼中有的三個(gè)屬性int len、int free、char buf[]。

len保存了字符串的長(zhǎng)度，free表示buf數(shù)組中未使用的字節(jié)數(shù)量，buf數(shù)組則是保存字符串的每一個(gè)字符元素。

因此當(dāng)你在Redsi中存儲(chǔ)一個(gè)字符串Hello時(shí)，根據(jù)Redis的源代碼的描述可以畫(huà)出SDS的形式的redisObject結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

SDS與c語(yǔ)言字符串對(duì)比

Redis使用SDS作為存儲(chǔ)字符串的類型肯定是有自己的優(yōu)勢(shì)，SDS與c語(yǔ)言的字符串相比，SDS對(duì)c語(yǔ)言的字符串做了自己的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，具體優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

（1）c語(yǔ)言中的字符串并不會(huì)記錄自己的長(zhǎng)度，因此「每次獲取字符串的長(zhǎng)度都會(huì)遍歷得到，時(shí)間的復(fù)雜度是O(n)」，而Redis中獲取字符串只要讀取len的值就可，時(shí)間復(fù)雜度變?yōu)镺(1)。

（2）「c語(yǔ)言」中兩個(gè)字符串拼接，若是沒(méi)有分配足夠長(zhǎng)度的內(nèi)存空間就「會(huì)出現(xiàn)緩沖區(qū)溢出的情況」；而「SDS」會(huì)先根據(jù)len屬性判斷空間是否滿足要求，若是空間不夠，就會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的空間擴(kuò)展，所以「不會(huì)出現(xiàn)緩沖區(qū)溢出的情況」。

（3）SDS還提供「空間預(yù)分配」和「惰性空間釋放」兩種策略。在為字符串分配空間時(shí)，分配的空間比實(shí)際要多，這樣就能「減少連續(xù)的執(zhí)行字符串增長(zhǎng)帶來(lái)內(nèi)存重新分配的次數(shù)」。

當(dāng)字符串被縮短的時(shí)候，SDS也不會(huì)立即回收不適用的空間，而是通過(guò)free屬性將不使用的空間記錄下來(lái)，等后面使用的時(shí)候再釋放。

具體的空間預(yù)分配原則是：「當(dāng)修改字符串后的長(zhǎng)度len小于1MB，就會(huì)預(yù)分配和len一樣長(zhǎng)度的空間，即len=free；若是len大于1MB，free分配的空間大小就為1MB」。

（4）SDS是二進(jìn)制安全的，除了可以儲(chǔ)存字符串以外還可以儲(chǔ)存二進(jìn)制文件（如圖片、音頻，視頻等文件的二進(jìn)制數(shù)據(jù)）；而c語(yǔ)言中的字符串是以空字符串作為結(jié)束符，一些圖片中含有結(jié)束符，因此不是二進(jìn)制安全的。

為了方便易懂，做了一個(gè)c語(yǔ)言的字符串和SDS進(jìn)行對(duì)比的表格，如下所示：

String類型應(yīng)用

說(shuō)到這里我相信很多人可以說(shuō)已經(jīng)精通Redis的String類型了，但是純理論的精通，理論還是得應(yīng)用實(shí)踐，上面說(shuō)到String可以用來(lái)存儲(chǔ)圖片，現(xiàn)在就以圖片存儲(chǔ)作為案例實(shí)現(xiàn)。

（1）首先要把上傳得圖片進(jìn)行編碼，這里寫(xiě)了一個(gè)工具類把圖片處理成了Base64得編碼形式，具體得實(shí)現(xiàn)代碼如下：

/**     * 將圖片內(nèi)容處理成Base64編碼格式      * @param file      * @return      */     public static String encodeImg(MultipartFile file) {         byte[] imgBytes = null;         try {             imgBytes = file.getBytes();         } catch (IOException e) {             e.printStackTrace();         }         BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();         return imgBytes==null?null:encoder.encode(imgBytes );     }

（2）第二步就是把處理后的圖片字符串格式存儲(chǔ)進(jìn)Redis中，實(shí)現(xiàn)的代碼如下所示：

/**     * Redis存儲(chǔ)圖片     * @param file     * @return     */    public void uploadImageServiceImpl(MultipartFile image) {        String imgId = UUID.randomUUID().toString();        String imgStr= ImageUtils.encodeImg(image);        redisUtils.set(imgId , imgStr);        // 后續(xù)操作可以把imgId存進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)的字段，如果需要從redis中取出，只要獲取到這個(gè)字段后從redis中取出即可。    }

這樣就是實(shí)現(xiàn)了圖片得二進(jìn)制存儲(chǔ)，當(dāng)然String類型得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得應(yīng)用也還有常規(guī)計(jì)數(shù)：「統(tǒng)計(jì)微博數(shù)、統(tǒng)計(jì)粉絲數(shù)」等。

Hash類型

Hash對(duì)象的實(shí)現(xiàn)方式有兩種分別是ziplist、hashtable，其中hashtable的存儲(chǔ)方式key是String類型的，value也是以key value的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。

字典類型的底層就是hashtable實(shí)現(xiàn)的，明白了字典的底層實(shí)現(xiàn)原理也就是明白了hashtable的實(shí)現(xiàn)原理，hashtable的實(shí)現(xiàn)原理可以與HashMap的是底層原理相類比。

字典

兩者在新增時(shí)都會(huì)通過(guò)key計(jì)算出數(shù)組下標(biāo)，不同的是計(jì)算法方式不同，HashMap中是以hash函數(shù)的方式，而hashtable中計(jì)算出hash值后，還要通過(guò)sizemask 屬性和哈希值再次得到數(shù)組下標(biāo)。

我們知道hash表最大的問(wèn)題就是hash沖突，為了解決hash沖突，假如hashtable中不同的key通過(guò)計(jì)算得到同一個(gè)index，就會(huì)形成單向鏈表（「鏈地址法」），如下圖所示：

rehash

在字典的底層實(shí)現(xiàn)中，value對(duì)象以每一個(gè)dictEntry的對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)hash表中的存放的鍵值對(duì)不斷的增加或者減少時(shí)，需要對(duì)hash表進(jìn)行一個(gè)擴(kuò)展或者收縮。

這里就會(huì)和HashMap一樣也會(huì)就進(jìn)行rehash操作，進(jìn)行重新散列排布。從上圖中可以看到有ht[0]和ht[1]兩個(gè)對(duì)象，先來(lái)看看對(duì)象中的屬性是干嘛用的。

在hash表結(jié)構(gòu)定義中有四個(gè)屬性分別是dictEntry **table、unsigned long size、unsigned long sizemask、unsigned long used，分別表示的含義就是「哈希表數(shù)組、hash表大小、用于計(jì)算索引值，總是等于size-1、hash表中已有的節(jié)點(diǎn)數(shù)」。

ht[0]是用來(lái)最開(kāi)始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，當(dāng)要進(jìn)行擴(kuò)展或者收縮時(shí)，ht[0]的大小就決定了ht[1]的大小，ht[0]中的所有的鍵值對(duì)就會(huì)重新散列到ht[1]中。

擴(kuò)展操作：ht[1]擴(kuò)展的大小是比當(dāng)前 ht[0].used 值的二倍大的第一個(gè) 2 的整數(shù)冪；收縮操作：ht[0].used 的第一個(gè)大于等于的 2 的整數(shù)冪。

當(dāng)ht[0]上的所有的鍵值對(duì)都rehash到ht[1]中，會(huì)重新計(jì)算所有的數(shù)組下標(biāo)值，當(dāng)數(shù)據(jù)遷移完后ht[0]就會(huì)被釋放，然后將ht[1]改為ht[0]，并新創(chuàng)建ht[1]，為下一次的擴(kuò)展和收縮做準(zhǔn)備。

漸進(jìn)式rehash

假如在rehash的過(guò)程中數(shù)據(jù)量非常大，Redis不是一次性把全部數(shù)據(jù)rehash成功，這樣會(huì)導(dǎo)致Redis對(duì)外服務(wù)停止，Redis內(nèi)部為了處理這種情況采用「漸進(jìn)式的rehash」。

Redis將所有的rehash的操作分成多步進(jìn)行，直到都rehash完成，具體的實(shí)現(xiàn)與對(duì)象中的rehashindex屬性相關(guān)，「若是rehashindex 表示為-1表示沒(méi)有rehash操作」。

當(dāng)rehash操作開(kāi)始時(shí)會(huì)將該值改成0，在漸進(jìn)式rehash的過(guò)程「更新、刪除、查詢會(huì)在ht[0]和ht[1]中都進(jìn)行」，比如更新一個(gè)值先更新ht[0]，然后再更新ht[1]。

而新增操作直接就新增到ht[1]表中，ht[0]不會(huì)新增任何的數(shù)據(jù)，這樣保證「ht[0]只減不增，直到最后的某一個(gè)時(shí)刻變成空表」，這樣rehash操作完成。

上面就是字典的底層hashtable的實(shí)現(xiàn)原理，說(shuō)完了hashtable的實(shí)現(xiàn)原理，我們?cè)賮?lái)看看Hash數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的兩一種存儲(chǔ)方式「ziplist（壓縮列表）」

ziplist

壓縮列表（ziplist）是一組連續(xù)內(nèi)存塊組成的順序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，壓縮列表能夠節(jié)省空間，壓縮列表中使用多個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

壓縮列表是列表鍵和哈希鍵底層實(shí)現(xiàn)的原理之一，「壓縮列表并不是以某種壓縮算法進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而是它表示一組連續(xù)的內(nèi)存空間的使用，節(jié)省空間」，壓縮列表的內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖如下：

壓縮列表中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示的含義如下所示：

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2.  zlbytes：4個(gè)字節(jié)的大小，記錄壓縮列表占用內(nèi)存的字節(jié)數(shù)。

3.  zltail：4個(gè)字節(jié)大小，記錄表尾節(jié)點(diǎn)距離起始地址的偏移量，用于快速定位到尾節(jié)點(diǎn)的地址。

4.  zllen：2個(gè)字節(jié)的大小，記錄壓縮列表中的節(jié)點(diǎn)數(shù)。

5.  entry：表示列表中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

6.  zlend：表示壓縮列表的特殊結(jié)束符號(hào)'0xFF'。

再壓縮列表中每一個(gè)entry節(jié)點(diǎn)又有三部分組成，包括previous_entry_ength、encoding、content。

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2.  previous_entry_ength表示前一個(gè)節(jié)點(diǎn)entry的長(zhǎng)度，可用于計(jì)算前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的其實(shí)地址，因?yàn)樗麄兊牡刂肥沁B續(xù)的。

3.  encoding：這里保存的是content的內(nèi)容類型和長(zhǎng)度。

4.  content：content保存的是每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容。

說(shuō)到這里相信大家已經(jīng)都hash這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常了解，若是第一次接觸Redis五種基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的底層實(shí)現(xiàn)的話，建議多看幾遍，下面來(lái)說(shuō)一說(shuō)hash的應(yīng)用場(chǎng)景。

應(yīng)用場(chǎng)景

哈希表相對(duì)于String類型存儲(chǔ)信息更加直觀，存儲(chǔ)更加方便，經(jīng)常會(huì)用來(lái)做用戶數(shù)據(jù)的管理，存儲(chǔ)用戶的信息。

hash也可以用作高并發(fā)場(chǎng)景下使用Redis生成唯一的id。下面我們就以這兩種場(chǎng)景用作案例編碼實(shí)現(xiàn)。

存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)

第一個(gè)場(chǎng)景比如我們要儲(chǔ)存用戶信息，一般使用用戶的ID作為key值，保持唯一性，用戶的其他信息（地址、年齡、生日、電話號(hào)碼等）作為value值存儲(chǔ)。

若是傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)就是將用戶的信息封裝成為一個(gè)對(duì)象，通過(guò)序列化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，當(dāng)需要獲取用戶信息的時(shí)候，就會(huì)通過(guò)反序列化得到用戶信息。

但是這樣必然會(huì)造成序列化和反序列化的性能的開(kāi)銷，并且若是只修改其中的一個(gè)屬性值，就需要把整個(gè)對(duì)象序列化出來(lái)，操作的動(dòng)作太大，造成不必要的性能開(kāi)銷。

若是使用Redis的hash來(lái)存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，就會(huì)將原來(lái)的value值又看成了一個(gè)k v形式的存儲(chǔ)容器，這樣就不會(huì)帶來(lái)序列化的性能開(kāi)銷的問(wèn)題。

分布式生成唯一ID

第二個(gè)場(chǎng)景就是生成分布式的唯一ID，這個(gè)場(chǎng)景下就是把redis封裝成了一個(gè)工具類進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的代碼如下：

// offset表示的是id的遞增梯度值   public Long getId(String key,String hashKey,Long offset) throws BusinessException{       try {           if (null == offset) {               offset=1L;           }           // 生成唯一id           return redisUtil.increment(key, hashKey, offset);       } catch (Exception e) {           //若是出現(xiàn)異常就是用uuid來(lái)生成唯一的id值           int randNo=UUID.randomUUID().toString().hashCode();           if (randNo < 0) {               randNo=-randNo;           }           return Long.valueOf(String.format("%16d", randNo));       }   }

List類型

Redis中的列表在3.2之前的版本是使用ziplist和linkedlist進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。在3.2之后的版本就是引入了quicklist。

ziplist壓縮列表上面已經(jīng)講過(guò)了，我們來(lái)看看linkedlist和quicklist的結(jié)構(gòu)是怎么樣的。

linkedlist是一個(gè)雙向鏈表，他和普通的鏈表一樣都是由指向前后節(jié)點(diǎn)的指針。插入、修改、更新的時(shí)間復(fù)雜度尾O(1)，但是查詢的時(shí)間復(fù)雜度確實(shí)O(n)。

linkedlist和quicklist的底層實(shí)現(xiàn)是采用鏈表進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在c語(yǔ)言中并沒(méi)有內(nèi)置的鏈表這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Redis實(shí)現(xiàn)了自己的鏈表結(jié)構(gòu)。

Redis中鏈表的特性：

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2.  每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有指向前一個(gè)節(jié)點(diǎn)和后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。

3.  頭節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)的prev和next指針指向?yàn)閚ull，所以鏈表是無(wú)環(huán)的。

4.  鏈表有自己長(zhǎng)度的信息，獲取長(zhǎng)度的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)。

Redis中List的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，下面我們就來(lái)看看它的應(yīng)用場(chǎng)景。

應(yīng)用場(chǎng)景

Redis中的列表可以實(shí)現(xiàn)「阻塞隊(duì)列」，結(jié)合lpush和brpop命令就可以實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)者使用lupsh從列表的左側(cè)插入元素，消費(fèi)者使用brpop命令從隊(duì)列的右側(cè)獲取元素進(jìn)行消費(fèi)。

（1）首先配置redis的配置，為了方便我就直接放在application.yml配置文件中，實(shí)際中可以把redis的配置文件放在一個(gè)redis.properties文件單獨(dú)放置，具體配置如下：

spring  redis:  host: 127.0.0.1  port: 6379  password: user  timeout: 0  database: 2  pool:  max-active: 100  max-idle: 10  min-idle: 0  max-wait: 100000

（2）第二步創(chuàng)建redis的配置類，叫做RedisConfig，并標(biāo)注上@Configuration注解，表明他是一個(gè)配置類。

@Configuration  public class RedisConfiguration {  @Value("${spring.redis.host}")  private String host;  @Value("${spring.redis.port}")  private int port;  @Value("${spring.redis.password}")  private String password;  @Value("${spring.redis.pool.max-active}")  private int maxActive;  @Value("${spring.redis.pool.max-idle}")  private int maxIdle;  @Value("${spring.redis.pool.min-idle}")  private int minIdle;  @Value("${spring.redis.pool.max-wait}")  private int maxWait;  @Value("${spring.redis.database}")  private int database;  @Value("${spring.redis.timeout}")  private int timeout;  @Bean  public JedisPoolConfig getRedisConfiguration(){  JedisPoolConfig jedisPoolConfig= new JedisPoolConfig();  jedisPoolConfig.setMaxTotal(maxActive);  jedisPoolConfig.setMaxIdle(maxIdle);  jedisPoolConfig.setMinIdle(minIdle);  jedisPoolConfig.setMaxWaitMillis(maxWait);  return jedisPoolConfig;  }  @Bean  public JedisConnectionFactory getConnectionFactory() {  JedisConnectionFactory factory = new JedisConnectionFactory();  factory.setHostName(host);  factory.setPort(port);  factory.setPassword(password);  factory.setDatabase(database);  JedisPoolConfig jedisPoolConfig= getRedisConfiguration();  factory.setPoolConfig(jedisPoolConfig);  return factory; }  @Bean  public RedisTemplate getRedisTemplate() {  JedisConnectionFactory factory = getConnectionFactory();  RedisTemplate redisTemplate = new StringRedisTemplate(factory);  return redisTemplate;  }  }

（3）第三步就是創(chuàng)建Redis的工具類RedisUtil，自從學(xué)了面向?qū)ο蠛螅拖矚g把一些通用的東西拆成工具類，好像一個(gè)一個(gè)零件，需要的時(shí)候，就把它組裝起來(lái)。

@Component  public class RedisUtil {  @Autowired  private RedisTemplate redisTemplate;  /**  * 存消息到消息隊(duì)列中  * @param key 鍵  * @param value 值  * @return  */  public boolean lPushMessage(String key, Object value) {  try {  redisTemplate.opsForList().leftPush(key, value);  return true;  } catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  return false;  }  }  /**  * 從消息隊(duì)列中彈出消息  * @param key 鍵  * @return  */  public Object rPopMessage(String key) {  try {  return redisTemplate.opsForList().rightPop(key);  } catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  return null;  }  }  /**  * 查看消息  * @param key 鍵  * @param start 開(kāi)始  * @param end 結(jié)束 0 到 -1代表所有值  * @return  */  public List