深刻剖析Redis系列(四) - Redis數據結構與全局命令概述

時間 2019-11-07

標籤深刻剖析 redis 系列數據結構全局命令概述欄目 Redis 简体版

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前言

Redis 提供了 5 種數據結構。理解每種數據結構的特色，對於 Redis 的 開發運維 很是重要，同時掌握 Redis 的 單線程命令處理 機制，會使 數據結構 和命令的選擇事半功倍。java

接下來的幾篇文章，將從以下幾個方面介紹 Redis 的幾種數據結構，命令使用及其應用場景。python

預備知識：幾個簡單的 全局命令，數據結構 和 內部編碼，單線程命令 處理機制分析。
數據結構特性：5 種 數據結構 的特色、命令使用、應用場景。
數據管理：鍵管理、遍歷鍵、數據庫管理。

其餘文章

正文

1. 預備知識

在介紹 5 種 數據結構 以前，須要先了解 Redis 的一些 全局命令、數據結構 和 內部編碼、單線程命令處理機制。

Redis 的命令有 上百個，理解 Redis 的一些機制，會發現這些命令有很強的 通用性。
Redis 不是萬金油，有些 數據結構 和命令必須在 特定場景 下使用，一旦 使用不當 可能對 Redis 自己或者 應用自己 形成致命傷害。

2. 全局命令

Redis 有 5 種 數據結構，它們是 鍵值對 中的值，對於鍵來講有一些通用的命令。

2.1. 查看全部鍵

keys *

下面插入了 3 對字符串類型的鍵值對：

127.0.0.1:6379> set hello world
OK
127.0.0.1:6379> set java jedis
OK
127.0.0.1:6379> set python redis-py
OK
複製代碼

命令會將全部的鍵輸出：

127.0.0.1:6379> keys *
1) "python"
2) "java"
3) "hello"
複製代碼

2.2. 鍵總數

dbsize

下面插入一個 列表類型 的 鍵值對（值是 多個元素 組成）：

127.0.0.1:6379> rpush mylist a b c d e f g
(integer) 7
複製代碼

dbsize 命令會返回當前數據庫中 鍵的總數。

127.0.0.1:6379> dbsize
(integer) 4
複製代碼

dbsize 命令在 計算鍵總數 時 不會遍歷 全部鍵，而是直接獲取 Redis 內置的鍵總數變量，因此 dbsize 命令的 時間複雜度 是 O（1）。而 keys 命令會遍歷全部鍵，因此它的 時間複雜度 是 O（n），當 Redis 保存了 大量鍵 時，線上環境禁止使用。

2.3. 檢查鍵是否存在

exists key

若是鍵存在則返回 1，不存在則返回 0：

127.0.0.1:6379> exists java
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists not_exist_key
(integer) 0
複製代碼

2.4. 刪除鍵

del key

del 是一個 通用命令，不管值是什麼 數據結構 類型，del 命令均可以將其刪除。

127.0.0.1:6379> del java
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists java
(integer) 0
127.0.0.1:6379> del not_exist_key
(integer) 0
127.0.0.1:6379> exists not_exist_key
(integer) 0
複製代碼

返回結果爲 成功刪除 的 鍵的個數，假設刪除一個 不存在 的鍵，就會返回 0。

2.5. 鍵過時

expire key seconds

Redis 支持對鍵添加 過時時間，當超過過時時間後，會 自動刪除鍵，例如爲鍵 hello 設置 10 秒過時時間：

127.0.0.1:6379> set hello world
OK
127.0.0.1:6379> expire hello 10 
(integer) 0
複製代碼

ttl 命令會返回鍵的 剩餘過時時間，它有 3 種返回值：

大於等於 0 的整數：表示鍵剩餘的 過時時間。
返回 -1：鍵沒設置 過時時間。
返回 -2：鍵不存在。

能夠經過 ttl 命令觀察鍵 hello 的 剩餘過時時間：

# 還剩7秒
127.0.0.1:6379> ttl hello(integer) 
(integer) 7
...
# 還剩1秒
127.0.0.1:6379> ttl hello(integer) 
(integer) 1
# 返回結果爲-2，說明鍵hello已經被刪除
127.0.0.1:6379> ttl hello(integer) 
(integer) -2
127.0.0.1:6379> get hello
(nil)
複製代碼

2.6. 鍵的數據結構類型

type key

例如鍵 hello 是的值 字符串類型，返回結果爲 string。鍵 mylist 的值是 列表類型，返回結果爲 list。若是鍵不存在，則返回 none。

127.0.0.1:6379> set a b
OK
127.0.0.1:6379> type a
string
127.0.0.1:6379> rpush mylist a b c d e f g
(integer) 7
127.0.0.1:6379> type mylist
list
複製代碼

3. 數據結構和內部編碼

type 命令實際返回的就是當前鍵的 數據結構類型，它們分別是：string（字符串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合），但這些只是 Redis 對外的 數據結構。如圖所示：

對於每種 數據結構，實際上都有本身底層的 內部編碼 實現，並且是 多種實現。這樣 Redis 會在合適的場景選擇合適的 內部編碼，如圖所示：

能夠看到，每種 數據結構 都有 兩種以上 的 內部編碼實現。例如 list 數據結構 包含了 linkedlist 和 ziplist 兩種 內部編碼。同時有些 內部編碼，例如 ziplist，能夠做爲 多種外部數據結構 的內部實現，能夠經過 object encoding 命令查詢 內部編碼：

127.0.0.1:6379> object encoding hello
"embstr"
127.0.0.1:6379> object encoding mylist
"quicklist"
複製代碼

能夠看到鍵 hello 對應值的 內部編碼 是 embstr，鍵 mylist 對應值的 內部編碼 是 ziplist。

Redis 這樣設計有兩個好處：

其一：能夠改進 內部編碼，而對外的 數據結構 和命令沒有影響。例如 Redis3.2 提供的 quicklist，結合了 ziplist 和 linkedlist 二者的優點，爲 列表類型 提供了一種 更加高效 的 內部編碼實現。
其二：不一樣 內部編碼 能夠在 不一樣場景 下發揮各自的優點。例如 ziplist 比較 節省內存，可是在列表 元素比較多 的狀況下，性能會有所降低，這時候 Redis 會根據配置，將列表類型的 內部實現 轉換爲 linkedlist。