深刻剖析Redis系列(六) - Redis數據結構之哈希

時間 2019-11-07

標籤深刻剖析 redis 系列數據結構哈希欄目 Redis 简体版

原文原文鏈接

前言

大部分編程語言都提供了哈希（hash）類型，它們的叫法多是哈希、字典、關聯數組。在 Redis 中，哈希類型 是指鍵值自己又是一個 鍵值對結構。java

哈希形如 value={ {field1，value1}，...{fieldN，valueN} }，Redis 鍵值對 和 哈希類型 兩者的關係如圖所示：mysql

哈希類型中的 映射關係 叫做 field-value，這裏的 value 是指 field 對應的值，不是鍵對應的值。redis

其餘文章

正文

1. 相關命令

1.1. 基本命令

1.1.1. 設置值

hset key field value

下面爲 user：1 添加一對 field-value，若是設置成功會返回 1，反之會返回 0。

127.0.0.1:6379> hset user:1 name tom
(integer) 1
複製代碼

此外 Redis 提供了 hsetnx 命令，它們的關係就像 set 和 setnx 命令同樣，只不過 做用域 由鍵變爲 field。

1.1.2. 獲取值

hget key field

下面操做用於獲取 user：1 的 name 域（屬性） 對應的值。

127.0.0.1:6379> hget user:1 name
"tom"
複製代碼

若是鍵或 field 不存在，會返回 nil：

127.0.0.1:6379> hget user:2 name
(nil)
127.0.0.1:6379> hget user:1 age
(nil)
複製代碼

1.1.3. 刪除field

hdel key field [field ...]

hdel 會刪除 一個或多個 field，返回結果爲 成功刪除 field 的個數，例如：

127.0.0.1:6379> hdel user:1 name
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hdel user:1 age
(integer) 0
複製代碼

1.1.4. 計算field個數

hlen key

例如鍵 user：1 有 3 個 field：

127.0.0.1:6379> hset user:1 name tom
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset user:1 age 23
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset user:1 city chengdu
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hlen user:1
(integer) 3
複製代碼

1.1.5. 批量設置或獲取field-value

hmget key field [field ...] hmset key field value [field value ...]

hmset 和 hmget 分別是 批量設置 和獲取 field-value，hmset 須要的參數是 key 和多對 field-value，hmget 須要的參數是 key 和多個 field。例如：

127.0.0.1:6379> hmset user:1 name tom age 12 city chengdu
OK
127.0.0.1:6379> hmget user:1 name city
1) "tom"
2) "chengdu"
複製代碼

1.1.6. 判斷field是否存在

hexists key field

例如 user：1 包含 name 域，因此返回結果爲 1，不包含時返回 0：

127.0.0.1:6379> hexists user:1 name
(integer) 1
複製代碼

1.1.7. 獲取全部field

hkeys key

hkeys 命令應該叫 hfields 更爲恰當，它返回指定 哈希鍵 全部的 field，例如：

127.0.0.1:6379> hkeys user:1
1) "name"
2) "age"
3) "city"
複製代碼

1.1.8. 獲取全部value

hvals key

下面操做獲取 user：1 的所有 value：

127.0.0.1:6379> hvals user:1
1) "tom"
2) "12"
3) "chengdu"
複製代碼

1.1.9. 獲取全部的field-value

hgetall key

下面操做獲取 user:1 全部的 field-value：

127.0.0.1:6379> hgetall user:1
1) "name"
2) "tom"
3) "age"
4) "12"
5) "city"
6) "chengdu"
複製代碼

在使用 hgetall 時，若是 哈希元素 個數比較多，會存在阻塞 Redis 的可能。若是開發人員只須要獲取部分 field，可使用 hmget，若是必定要獲取所有 field-value，可使用 hscan 命令，該命令會 漸進式遍歷 哈希類型。

1.2. 不經常使用命令

1.2.1. 鍵值自增

hincrby key field hincrbyfloat key field

hincrby 和 hincrbyfloat，就像 incrby 和 incrbyfloat 命令同樣，可是它們的 做用域 是 field。

1.2.2. 計算value的字符串長度

hstrlen key field

例如 hget user:1 name 的 value 是 tom，那麼 hstrlen 的返回結果是 3。

127.0.0.1:6379> hstrlen user:1 name
(integer) 3
複製代碼

下面是 哈希類型命令 的 時間複雜度，開發人員能夠參考此表選擇適合的命令。

2. 內部編碼

哈希類型 的 內部編碼 有兩種：

2.1. ziplist（壓縮列表）

當 哈希類型 元素個數小於 hash-max-ziplist-entries 配置（默認 512 個）、同時 全部值 都小於 hash-max-ziplist-value 配置（默認 64 字節）時，Redis 會使用 ziplist 做爲哈希的 內部實現，ziplist 使用更加 緊湊的結構 實現多個元素的 連續存儲，因此在 節省內存 方面比 hashtable 更加優秀。

2.2. hashtable（哈希表）

當 哈希類型 沒法知足 ziplist 的條件時，Redis 會使用 hashtable 做爲哈希的 內部實現，由於此時 ziplist 的 讀寫效率 會降低，而 hashtable 的讀寫 時間複雜度 爲 O（1）。

下面的示例演示了 哈希類型 的 內部編碼，以及相應的變化。

當 field 個數 比較少，且沒有大的 value 時，內部編碼 爲 ziplist：

127.0.0.1:6379> hmset hashkey f1 v1 f2 v2
OK
127.0.0.1:6379> object encoding hashkey
"ziplist"
複製代碼

當有 value 大於 64 字節時，內部編碼 會由 ziplist 變爲 hashtable：

127.0.0.1:6379> hset hashkey f3 "one string is bigger than 64 byte...忽略..."
OK
127.0.0.1:6379> object encoding hashkey
"hashtable"
複製代碼

當 field 個數超過 512，內部編碼 也會由 ziplist 變爲 hashtable：

127.0.0.1:6379> hmset hashkey f1 v1 f2 v2 f3 v3 ... f513 v513
OK
127.0.0.1:6379> object encoding hashkey
"hashtable"
複製代碼

3. 適用場景

如圖所示，爲 關係型數據表 的兩條 用戶信息，用戶的屬性做爲表的列，每條用戶信息做爲行。

使用 Redis 哈希結構 存儲 用戶信息 的示意圖以下：

相比於使用 字符串序列化 緩存 用戶信息，哈希類型 變得更加直觀，而且在 更新操做 上會 更加便捷。能夠將每一個用戶的 id 定義爲 鍵後綴，多對 field-value 對應每一個用戶的屬性，相似以下僞代碼：

public UserInfo getUserInfo(long id) {
    // 用戶id做爲key後綴
    String userRedisKey = "user:info:" + id;
    // 使用hgetall獲取全部用戶信息映射關係
    Object userInfoMap = redis.hgetAll(userRedisKey);
    UserInfo userInfo;
    if (userInfoMap != null) {
        // 將映射關係轉換爲UserInfo
        userInfo = transferMapToUserInfo(userInfoMap);
    } else {
        // 從MySQL中獲取用戶信息
        userInfo = mysql.get(id);
        // 將userInfo變爲映射關係使用hmset保存到Redis中
        redis.hmset(userRedisKey, transferUserInfoToMap(userInfo));
        // 添加過時時間
        redis.expire(userRedisKey, 3600);
    }
    return userInfo;
}
複製代碼

3.1. 哈希結構與關係型表

須要注意的是 哈希類型 和 關係型數據庫 有兩點不一樣之處：

哈希類型 是 稀疏的，而 關係型數據庫 是 徹底結構化的，例如 哈希類型 每一個鍵能夠有不一樣的 field，而 關係型數據庫 一旦添加新的列，全部行 都要爲其 設置值（即便爲 NULL），如圖所示：

關係型數據庫 能夠作複雜的 關係查詢，而使用 Redis 去模擬關係型複雜查詢 開發困難，維護成本高。

3.2. 幾種緩存方式

到目前爲止，咱們已經可以用 三種方法 緩存 用戶信息，下面給出三種方案的 實現方法 和 優缺點分析。

3.2.1. 原生字符串類型

給用戶信息的每個屬性分配 一個鍵。

set user:1:name tom
set user:1:age 23
set user:1:city beijing
複製代碼

優勢：簡單直觀，每一個屬性都支持 更新操做。
缺點：佔用 過多的鍵，內存佔用量 較大，同時用戶信息 內聚性比較差，因此此種方案通常不會在生產環境使用。

3.2.2. 序列化字符串類型

將用戶信息 序列化 後用 一個鍵 保存。

set user:1 serialize(userInfo)
複製代碼

優勢：簡化編程，若是合理的使用 序列化 能夠 提升內存利用率。
缺點：序列化 和 反序列化 有必定的開銷，同時每次 更新屬性 都須要把 所有數據 取出進行 反序列化，更新後 再 序列化 到 Redis 中。

3.2.3. 哈希類型

每一個用戶屬性使用一對 field-value，可是隻用 一個鍵 保存。

hmset user:1 name tom age 23 city beijing
複製代碼

優勢：簡單直觀，若是使用合理能夠 減小內存空間 的使用。
缺點：要控制和減小哈希在 ziplist 和 hashtable 兩種 內部編碼 的轉換，hashtable 會消耗 更多內存。

小結

本文介紹了 Redis 中的 哈希結構 的一些 基本命令、內部編碼 和 適用場景。最後對比了 關係型表 和 哈希結構 的區別，以及幾種 存儲方式 的優缺點。

參考

《Redis 開發與運維》

歡迎關注技術公衆號：零壹技術棧

本賬號將持續分享後端技術乾貨，包括虛擬機基礎，多線程編程，高性能框架，異步、緩存和消息中間件，分佈式和微服務，架構學習和進階等學習資料和文章。

相關標籤/搜索

每日一句

每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。