分佈式緩存技術redis系列（二）——詳細講解redis數據結構（內存模型）以及經常使用命令

 

Redis數據類型

與Memcached僅支持簡單的key-value結構的數據記錄不一樣，Redis支持的數據類型要豐富得多，經常使用的數據類型主要有五種：String、List、Hash、Set和Sorted Set。

Redis數據類型內存結構分析

Redis內部使用一個redisObject對象來表示全部的key和value。redisObject主要的信息包括數據類型（type）、編碼方式(encoding)、數據指針（ptr）、虛擬內存（vm）等。type表明一個value對象具體是何種數據類型，encoding是不一樣數據類型在redis內部式。

 

redisObject 對象示意圖

 

下面分別介紹5種數據類型的用法。

String類型

字符串是Redis值的最基礎的類型。Redis中使用的字符串是經過包裝的，基於c語言字符數組實現的簡單動態字符串(simple dynamic string, SDS)一個抽象數據結構。其源碼定義以下：

 

struct sdshdr {

    int len; //len表示buf中存儲的字符串的長度。

    int free; //free表示buf中空閒空間的長度。

    char buf[]; //buf用於存儲字符串內容。

};

 

 

 

C語言字符串內存結構示意圖1

 

假設上圖是」hello」字符串的內存結構，這個時候len=5，free=2那麼redis包裝後（sds）其長度爲：

 

sizeof(struct sdshdr) + len + free + 1

 

其中buf的大小爲：

 

len + free + 1

 

1表示1個字節是用來存儲結束符’\0’的。Redis字符串是二進制安全的，由於二進制數據一般會有中間某個字節存儲’\0’的這種狀況，這意味着一個Redis字符串能夠包含任何種類的數據，例如一個JPEG圖像或者一個序列化的Ruby對象。二進制是否安全，簡單的理解就是能不能在字符串中間有‘\0’,以下圖:

 

 

C語言字符串內存結構示意圖2

 

對於上圖，sds認爲這個字符串是「hello world」,而C語言的字符處理函數認爲這個字符串是「hello」。

 

應用場景

String是最經常使用的一種數據類型，普通的key/value存儲均可以歸爲此類。

經常使用命令

（1）set——設置key對應的值爲String類型的value

（2）get——獲取key對應的值

 

192.168.2.129:6379> setnx name lisi

(integer) 0

192.168.2.129:6379> setnx name1 wangwu

(integer) 1

192.168.2.129:6379> get name

"zhangsan"

192.168.2.129:6379> get name1

"wangwu"

192.168.2.129:6379>

 

（3）mget——批量獲取多個key的值，若是能夠不存在則返回nil

 

192.168.2.129:6379> mget name name1

1) "zhangsan"

2) "wangwu"

192.168.2.129:6379> mget name name1 name2

1) "zhangsan"

2) "wangwu"

3) (nil)

192.168.2.129:6379>

 

（4）incr && incrby——incr對key對應的值進行加加操做，並返回新的值;incrby加指定值

 

192.168.2.129:6379> get age

"20"

192.168.2.129:6379> incr age

(integer) 21

192.168.2.129:6379> set age1 "20"

OK

192.168.2.129:6379> get age1

"20"

192.168.2.129:6379> incr age1

(integer) 21

192.168.2.129:6379> incrby age 3

(integer) 24

 

從上面的結果能夠看出，咱們對int型的age和string型的age1都能進行incr操做時，

實際上type=string表明value存儲的是一個普通字符串，那麼對應的encoding能夠是raw或者是int，若是是int則表明實際redis內部是按數值型類存儲和表示這個字符串的，固然前提是這個字符串自己能夠用數值表示，好比"20"這樣的字符串，當遇到incr、decr等操做時會轉成數值型進行計算，此時redisObject的encoding字段爲int。若是你試圖對name進行incr操做則報錯。

 

192.168.2.129:6379> incr name

(error) ERR value is not an integer or out of range

 

（5）decr && decrby——decr對key對應的值進行減減操做，並返回新的值;decrby減指定值

 

192.168.2.129:6379> decr age

(integer) 23

192.168.2.129:6379> decrby age 3

(integer) 20

192.168.2.129:6379>

 

（6）其餘命令

 

命令	說明
setnx	設置key對應的值爲String類型的value，若是key已經存在則返回0
setex	設置key對應的值爲String類型的value，並設定有效期
setrange	設置key對應value的子字符串
getrange	獲取key對應value的子字符串
mset	批量設置多個key的值，若是成功表示全部值都被設置，不然返回0表示沒有任何值被設置
msetnx	同mset，不存在就設置，不會覆蓋已有的key
getset	設置key的值，並返回key舊的值
append	給指定key的value追加字符串，並返回新字符串的長度
strlen	取指定key的value的長度

Hash類型

Hash是一個String類型的field和value之間的映射表，即redis的Hash數據類型的key（hash表名稱）對應的value實際的內部存儲結構爲一個HashMap，所以Hash特別適合存儲對象。相對於把一個對象的每一個屬性存儲爲String類型，將整個對象存儲在Hash類型中會佔用更少內存。

 

 

Hash 數據類型內部結構示意圖

 

當前HashMap的實現有兩種方式：當HashMap的成員比較少時Redis爲了節省內存會採用相似一維數組的方式來緊湊存儲，而不會採用真正的HashMap結構，這時對應的value的redisObject的encoding爲zipmap，當成員數量增大時會自動轉成真正的HashMap,此時encoding爲ht。

應用場景

用一個對象來存儲用戶信息，商品信息，訂單信息等等。

經常使用命令

（1）hset——設置key對應的HashMap中的field的value

（2）hget——獲取key對應的HashMap中的field的value

 

192.168.2.129:6379> hset myhash name zhangsan

(integer) 1

192.168.2.129:6379> hset myhash age 20

(integer) 1

192.168.2.129:6379> hget myhash name

"zhangsan"

192.168.2.129:6379> hget myhash age

"20"

192.168.2.129:6379>

 

（3）hgetall——獲取key對應的HashMap中的全部field的value

 

192.168.2.129:6379> hgetall myhash

1) "name"

2) "zhangsan"

3) "age"

4) "20"

192.168.2.129:6379>

 

（4）其它命令

 

命令	說明
hsetnx	設置key對應的HashMap中的field的value，若是不存在則先建立
hmset	批量設置key對應的HashMap中的field的value
hmget	批量獲取key對應的HashMap中的field的value
hincrby	給key對應的HashMap中的field的value加指定的值
hexits	測試key對應的HashMap中的field是否存在
hlen	返回key對應的HashMap中的field的數量
hdel	刪除key對應的HashMap中的field
hkeys	返回key對應的HashMap中全部的field
hvals	返回key對應的HashMap中全部的field的value

 

List類型

Redis的List類型其實就是每個元素都是String類型的雙向鏈表。咱們能夠從鏈表的頭部和尾部添加或者刪除元素。這樣的List既能夠做爲棧，也能夠做爲隊列使用。

 

 

List數據結構內部示意圖

應用場景

如好友列表，粉絲列表，消息隊列，最新消息排行等。

經常使用命令

（1）lpush——在key對應的list的頭部添加一個元素。

（2）lrange——獲取key對應的list的指定下標範圍的元素，-1表示獲取全部元素。

（3）lpop——從key對應的list的尾部刪除一個元素，並返回該元素。

 

192.168.2.129:6379> lpush newlist news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379> lrange newlist 0 -1

1) "news3"

2) "news2"

3) "news1"

192.168.2.129:6379> lpop newlist

"news3"

192.168.2.129:6379> lrange newlist 0 -1

1) "news2"

2) "news1"

192.168.2.129:6379>

 

從上面的操做能夠看出，lpush、lpop從表頭操做。

 

 

（4）rpush——在key對應的list的尾部添加一個元素。

（5）rpop——從key對應的list的尾部刪除一個元素，並返回該元素。

 

192.168.2.129:6379> rpush newlist2 news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379> lrange newlist2 0 -1

1) "news1"

2) "news2"

3) "news3"

192.168.2.129:6379> rpop newlist2

"news3"

192.168.2.129:6379>

 

從上面的操做能夠看出，rpush、rpop從表尾操做。

 

 

（6）其餘命令

 

命令	說明
linsert	在key對應的list的特定元素的前或後插入元素
lset	設置key對應的list中指定下標元素的值
lrem	從key對應的list中刪除n個和value相同的元素
ltrim	保留key對應的list中指定範圍的元素
rpoplpush	從第一個list的尾部移除一個元素並添加到第二個list的頭部
llen	返回key對應的list的長度
lindex	返回key對應的list中index的元素

 

Set類型

Redis 集合（Set類型）是一個無序的String類型數據的集合，相似List的一個列表，與List不一樣的是Set不能有重複的數據。實際上，Set的內部是用HashMap實現的，Set只用了HashMap的key列來存儲對象。咱們來看看java中HashSet的源碼：

 

public class HashSet<E>

    extends AbstractSet<E>

    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

{

    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

 

    private transient HashMap<E,Object> map;

 

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map

    private static final Object PRESENT = new Object();

 

    /**

     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has

     * default initial capacity (16) and load factor (0.75).

     */

   public HashSet() {

        map = new HashMap<>();

}

......

 

/**

     * Returns an iterator over the elements in this set.  The elements

     * are returned in no particular order.

     *

     * @return an Iterator over the elements in this set

     * @see ConcurrentModificationException

     */

    public Iterator<E> iterator() {

        return map.keySet().iterator();

    }

 

 

可見建立一個HashSet的時候實際上建立了一個HashMap；Set中的元素，只是存放在了底層HashMap的key上，底層HashMap的value列爲空，遍歷HashSet的時候從HashMap中取出keySet來遍歷。

 

 

 

Set底層結構示意圖

應用場景

集合有取交集、並集、差集等操做，所以能夠求共同好友、共同興趣、分類標籤等。

經常使用命令

（1）sadd——在key對應的set中添加一個元素。

（2）smembers——獲取key對應的set的全部元素。

（3）spop——隨機返回並刪除key對應的set中的一個元素。

 

192.168.2.129:6379> sadd myset news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379> smembers myset

1) "news3"

2) "news2"

3) "news1"

192.168.2.129:6379> spop myset

"news3"

192.168.2.129:6379>

 

（4）sdiff——求給定key對應的set與第一個key對應的set的差集

 

192.168.2.129:6379> smembers myset

1) "news3"

2) "news2"

3) "news1"

192.168.2.129:6379> sadd myset2 news3 news4 news5

(integer) 3

192.168.2.129:6379> smembers myset2

1) "news4"

2) "news3"

3) "news5"

192.168.2.129:6379> sdiff myset myset2

1) "news1"

2) "news2"

192.168.2.129:6379>

 

（5）suion——求給定key對應的set並集

 

192.168.2.129:6379> sunion myset myset2

1) "news3"

2) "news1"

3) "news2"

4) "news4"

5) "news5"

192.168.2.129:6379>

 

（6）sinter——求給定key對應的set交集

 

192.168.2.129:6379> sinter myset myset2

1) "news3"

192.168.2.129:6379>

 

（7）其餘命令

 

命令	說明
srem	刪除key對應的set中的一個元素
sdiffstore	求給定key對應的set與第一個key對應的set的差集，並存儲到另外一個key對應的set中
sinterstore	求給定key對應的set交集，並存儲到另外一個key對應的set中
suionstore	求給定key對應的set並集，並存儲到另外一個key對應的set中
somve	從第一個key對應的set中刪除指定元素並添加到第二個key對應的set中
scard	返回key對應的set的元素個數
sismember	測試某個元素是否爲key對應的set中的元素個數
srandmember	隨機返回key對應的set中的一個元素，但不刪除元素

SortSet

SortSet顧名思義，是一個排好序的Set，它在Set的基礎上增長了一個順序屬性score，這個屬性在添加修改元素時能夠指定，每次指定後，SortSet會自動從新按新的值排序。

sorted set的內部使用HashMap和跳躍表(SkipList)來保證數據的存儲和有序，HashMap裏放的是成員到score的映射，而跳躍表裏存放的是全部的成員，排序依據是HashMap裏存的score。

應用場景

如按時間排序的時間軸。

經常使用命令

（1）zadd ——在key對應的zset中添加一個元素

（2）zrange——獲取key對應的zset中指定範圍的元素，-1表示獲取全部元素

 

192.168.2.129:6379> zadd myzset 1 "one" 2 "two" 3 "three"

(integer) 3

192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1

1) "one"

2) "two"

3) "three"

192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1 withscores

1) "one"

2) "1"

3) "two"

4) "2"

5) "three"

6) "3"

192.168.2.129:6379>

 

（3）zrem——刪除key對應的zset中的一個元素

 

192.168.2.129:6379> zrem myzset one

(integer) 1

192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1 withscores

1) "two"

2) "2"

3) "three"

4) "3"

192.168.2.129:6379>

 

（4）其它命令

 

命令	說明
zincrby	若是key對應的zset中已經存在元素member，則對member的score屬性加指定的值
zrank	返回key對應的zset中指定member的排名。其中member按score值遞增(從小到大）；排名以0爲底，也就是說，score值最小的成員排名爲0
zrevrank	得到成員按score值遞減(從大到小)排列的排名
zrevrange	返回有序集key中，指定區間內的成員。其中成員的位置按score值遞減(從大到小)來排列
zrangebyscore	返回有序集key中，指定分數範圍的元素列表
zcount	返回有序集key中，score值在min和max之間(默認包括score值等於min或max)的成員
zcard	返回key的有序集元素個數

Redis經常使用命令

鍵值經常使用命令

keys/exits/del/expire/ttl/move/persist/randomkey/rename/type

服務器經常使用命令

ping/echo/select/quit/dbsize/info/config get/flushdb/flushall

這些命令都很容易使用，就不舉例說明了。到此，redis的數據類型以及經常使用命令已經介紹完畢，下一篇咱們將學習redis的一些高級特性。

參考文檔

http://www.redis.cn/documentation.html

 

http://blog.csdn.net/tonysz126/article/details/8280696/