Redis五中資料類型和應用場景分析

1. Redis 中5種資料類型

Redis是一種基于鍵值對的NoSQL資料庫，它的值主要由string（字元串），hash（哈希），list（清單），set（集合），zset（有序集合）五種基本資料結構構成，除此之外還支援一些其他的資料結構和算法。key都是由字元串構成的。

 string String

 hash HashMap

 list LinkedList

 set HashSet

 sorted_set TreeSet

2.String 類型

字元串類型是Redis最基礎的資料結構，字元串類型可以是JSON、XML甚至是二進制的圖檔等資料，但是最大值不能超過512MB。

2.1 内部編碼

Redis會根據目前值的類型和長度決定使用哪種内部編碼來實作。

字元串類型的内部編碼有3種：

int：8個位元組的長整型。

embstr：小于等于39個位元組的字元串。

raw：大于39個位元組的字元串。

• redis 自身是一個 Map，其中所有的資料都是采用 key : value 的形式存儲
• 資料類型指的是存儲的資料的類型，也就是 value 部分的類型，key 部分永遠都是字元串

2.1String 類型

• 存儲的資料：單個資料，最簡單的資料存儲類型，也是最常用的資料存儲類型
• 存儲資料的格式：一個存儲空間儲存一個資料
• 存儲内容：通常使用字元串，如果字元串以整數的形式展示，可以作為數字操作使用

  

2.2 string 類型資料的基本操作

• 添加/修改資料

  set key value

• 擷取資料

  get key

• 删除資料

  del key

• 添加/修改多個資料

  mset key1 value1 key2 value2 …

• 擷取多個資料

  mget key1 key2 …

• 擷取資料字元個數（字元串長度）

  strlen key

• 追加資訊到原始資訊後部（如果原始資訊存在就追加，否則建立）

  append key value

Multiple[ˈmʌltɪpl]

其實很好了解：我們同時操作的指令很多的時候 可以使用多指令進行操作，如果同時操作的指令不是很多單指令和多指令的差別不是很大

2.3 string 類型資料的擴充操作

設定數值資料增加指定範圍的值
incr key
incrby key increment
incrbyfloat key increment

設定數值資料減少指定範圍的值
decr key
decrby key increment
           

• string在redis内部存儲預設就是一個字元串，當遇到增減類操作incr，decr時會轉成數值型進行計算。

• redis所有的操作都是原子性的，采用單線程處理所有業務，指令是一個一個執行的，是以無需考慮并發

  帶來的資料影響。

• 注意：按數值進行操作的資料，如果原始資料不能轉成數值，或超越了redis 數值上限範圍，将報錯。

  9223372036854775807（java中long型資料最大值，Long.MAX_VALUE）

Tips 1：

• redis用于控制資料庫表主鍵id，為資料庫表主鍵提供生成政策，保障資料庫表的主鍵唯一性
• 此方案适用于所有資料庫，且支援資料庫叢集

設定資料具有指定的生命周期
解決方案
setex key seconds value
psetex key milliseconds value

redis 控制資料的生命周期，
通過資料是否失效控制業務行為，
适用于所有具有時效性限定控制的操作
           

string 類型資料操作的注意事項

資料操作不成功的回報與資料正常操作之間的差異

① 表示運作結果是否成功

 (integer) 0 → false 失敗

 (integer) 1 → true 成功

② 表示運作結果值

 (integer) 3 → 3 3個

 (integer) 1 → 1 1個

 資料未擷取到

（nil）等同于null

 資料最大存儲量

512MB

 數值計算最大範圍（java中的long的最大值）

9223372036854775807

2.4 使用場景

1.2.1 緩存

在web服務中，使用MySQL作為資料庫，Redis作為緩存。由于Redis具有支撐高并發的特性，通常能起到加速讀寫和降低後端壓力的作用。web端的大多數請求都是從Redis中擷取的資料，如果Redis中沒有需要的資料，則會從MySQL中去擷取，并将擷取到的資料寫入redis。

1.2.2 計數

Redis中有一個字元串相關的指令incr key，incr指令對值做自增操作，傳回結果分為以下三種情況：

值不是整數，傳回錯誤

值是整數，傳回自增後的結果

key不存在，預設鍵為0，傳回1

比如文章的閱讀量，視訊的播放量等等都會使用redis來計數，每播放一次，對應的播放量就會加1，同時将這些資料異步存儲到資料庫中達到持久化的目的。

1.2.3 共享Session

在分布式系統中，使用者的每次請求會通路到不同的伺服器，這就會導緻session不同步的問題，假如一個用來擷取使用者資訊的請求落在A伺服器上，擷取到使用者資訊後存入session。下一個請求落在B伺服器上，想要從session中擷取使用者資訊就不能正常擷取了，因為使用者資訊的session在伺服器A上，為了解決這個問題，使用redis集中管理這些session，将session存入redis，使用的時候直接從redis中擷取就可以了。

1.2.4 限速

為了安全考慮，有些網站會對IP進行限制，限制同一IP在一定時間内通路次數不能超過n次。

業務場景

首頁高頻通路資訊顯示控制，例如新浪微網誌大V首頁顯示粉絲數與微網誌數量

3 Hash 類型

3.0 内部編碼

哈希類型的内部編碼有兩種：

ziplist（壓縮清單）：當哈希類型元素個數小于hash-max-ziplist-entries配置（預設512個）同時所有值都小于hash-max-ziplist-value配置（預設64位元組）時使用。ziplist使用更加緊湊的結構實作多個元素的連續存儲，是以比hashtable更加節省記憶體。

hashtable（哈希表）：當ziplist不能滿足要求時，會使用hashtable。

3.1 hash 類型資料的基本操作

添加/修改資料

hset key field value
           

 擷取資料

hget key field
hgetall key
           

 删除資料

添加/修改多個資料

hmset key field1 value1 field2 value2 … 
           

擷取多個資料

hmget key field1 field2 … 
           

 擷取哈希表中字段的數量

hlen key
           

 擷取哈希表中是否存在指定的字段

hexists key field
           

3.2 hash 類型資料擴充操作

擷取哈希表中所有的字段名或字段值

hkeys key
hvals key
           

 設定指定字段的數值資料增加指定範圍的值

hincrby key field increment
hincrbyfloat key field increment
           

hash 類型資料操作的注意事項

• hash類型下的value隻能存儲字元串，不允許存儲其他資料類型，不存在嵌套現象。如果資料未擷取到，對應的值為（nil）
• 每個 hash 可以存儲 2的32次方 - 1 個鍵值對
• hash類型十分貼近對象的資料存儲形式，并且可以靈活添加删除對象屬性。但hash設計初衷不是為了存儲大量對象而設計的，切記不可濫用，更不可以将hash作為對象清單使用
• hgetall 操作可以擷取全部屬性，如果内部field過多，周遊整體資料效率就很會低，有可能成為資料通路瓶頸

4 清單 List

清單類型用來存儲多個有序的字元串，一個清單最多可以存儲2^32-1個元素，清單的兩端都可以插入和彈出元素。

4.1 内部編碼

清單的内部編碼有兩種：

ziplist（壓縮清單）：當哈希類型元素個數小于list-max-ziplist-entries配置（預設512個）同時所有值都小于list-max-ziplist-value配置（預設64位元組）時使用。ziplist使用更加緊湊的結構實作多個元素的連續存儲，是以比hashtable更加節省記憶體。

linkedlist（連結清單）：當ziplist不能滿足要求時，會使用linkedlist。

4.2 list 類型資料基本操作

添加/修改資料

lpush key value1 [value2] ……
rpush key value1 [value2] ……
           

 擷取資料

lrange key start stop
lindex key index
llen key 
           

 擷取并移除資料

lpop key
rpop key
           

4.3 list 類型資料擴充操作

規定時間内擷取并移除資料

blpop key1 [key2] timeout
brpop key1 [key2] timeout
brpoplpush source destination timeout
           

b是block 阻塞的意思

brpoplpush 表示從一個List擷取移除到另外一個list裡面

移除指定資料

lrem key count value
           

Tips 6：

 redis 應用于具有操作先後順序的資料控制

list 類型資料操作注意事項

4.3 使用場景

4.3.1 消息隊列

清單用來存儲多個有序的字元串，既然是有序的，那麼就滿足消息隊列的特點。使用lpush+rpop或者rpush+lpop實作消息隊列。除此之外，redis支援阻塞操作，在彈出元素的時候使用阻塞指令來實作阻塞隊列。

4.3.2 棧

由于清單存儲的是有序字元串，滿足隊列的特點，也就能滿足棧先進後出的特點，使用lpush+lpop或者rpush+rpop實作棧。

4.3.3 文章清單

因為清單的元素不但是有序的，而且還支援按照索引範圍擷取元素。是以我們可以使用指令lrange key 0 9分頁擷取文章清單

從中間移除元素可以使用 lrem 指令

5.集合 Set

集合類型也可以儲存多個字元串元素，與清單不同的是，集合中不允許有重複元素并且集合中的元素是無序的。一個集合最多可以存儲2^32-1個元素。

5.1 内部編碼

集合類型的内部編碼有兩種：

intset（整數集合）：當集合中的元素都是整數且元素個數小于set-max-intset-entries配置（預設512個）時，redis會選用intset來作為集合的内部實作，進而減少記憶體的使用。

hashtable（哈希表）：當intset不能滿足要求時，會使用hashtable。

5.2 set 類型資料的基本操作

添加資料

sadd key member1 [member2]

擷取全部資料

smembers key

删除資料

srem key member1 [member2]

擷取集合資料總量

scard key

判斷集合中是否包含指定資料

sismember key member

5.3 set 類型資料的擴充操作

随機擷取集合中指定數量的資料

srandmember key [count]

随機擷取集合中的某個資料并将該資料移出集合

spop key [count]

Tips 8：

 redis 應用于随機推薦類資訊檢索，例如熱點歌單推薦，熱點新聞推薦，熱賣旅遊線路，應用APP推薦，大V推薦等

求兩個集合的交、并、差集

sinter key1 [key2]
sunion key1 [key2]
sdiff key1 [key2]
           

求兩個集合的交、并、差集并存儲到指定集合中

sinterstore destination key1 [key2]
sunionstore destination key1 [key2]
sdiffstore destination key1 [key2] 
           

将指定資料從原始集合中移動到目标集合中

smove source destination member 
           

set 類型資料操作的注意事項

 set 類型不允許資料重複，如果添加的資料在 set 中已經存在，将隻保留一份

 set 雖然與hash的存儲結構相同，但是無法啟用hash中存儲值的空間

5.4 使用場景

5.4.1 使用者标簽

例如一個使用者對籃球、足球感興趣，另一個使用者對橄榄球、乒乓球感興趣，這些興趣點就是一個标簽。有了這些資料就可以得到喜歡同一個标簽的人，以及使用者的共同感興趣的标簽。給使用者打标簽的時候需要①給使用者打标簽，②給标簽加使用者，需要給這兩個操作增加事務。

給使用者打标簽

sadd user:1:tags tag1 tag2

給标簽添加使用者

sadd tag1:users user:1

sadd tag2:users user:1

使用交集（sinter）求兩個user的共同标簽

sinter user:1:tags user:2:tags

5.4.2 抽獎功能

集合有兩個指令支援擷取随機數，分别是：

随機擷取count個元素，集合元素個數不變

随機彈出count個元素，元素從集合彈出，集合元素個數改變

使用者點選抽獎按鈕，參數抽獎，将使用者編号放入集合，然後抽獎，分别抽一等獎、二等獎，如果已經抽中一等獎的使用者不能參數抽二等獎則使用spop，反之使用srandmember。

6 sorted_set 有序集合

有序集合和集合一樣，不能有重複元素。但是可以排序，它給每個元素設定一個score作為排序的依據。最多可以存儲2^32-1個元素。

6.1 内部編碼

有序集合類型的内部編碼有兩種：

ziplist（壓縮清單）：當有序集合的元素個數小于list-max-ziplist-entries配置（預設128個）同時所有值都小于list-max-ziplist-value配置（預設64位元組）時使用。ziplist使用更加緊湊的結構實作多個元素的連續存儲，更加節省記憶體。

skiplist（跳躍表）：當不滿足ziplist的要求時，會使用skiplist。

6.2 sorted_set 類型資料的基本操作

• 添加資料

  zadd key score1 member1 [score2 member2]

• 擷取全部資料

  zrange key start stop [WITHSCORES]

  zrevrange key start stop [WITHSCORES]

• 删除資料

  zrem key member [member …]

• 按條件擷取資料

  zrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT]

  zrevrangebyscore key max min [WITHSCORES]

• 條件删除資料

  zremrangebyrank key start stop

  zremrangebyscore key min max

  注意：

   min與max用于限定搜尋查詢的條件

   start與stop用于限定查詢範圍，作用于索引，表示開始和結束索引

   offset與count用于限定查詢範圍，作用于查詢結果，表示開始位置和資料總量

• 擷取集合資料總量

  zcard key

  zcount key min max

• 集合交、并操作

  zinterstore destination numkeys key [key …]

  zunionstore destination numkeys key [key …]

6.3 sorted_set 類型資料的擴充操作

• 擷取資料對應的索引（排名）

  zrank key member

  zrevrank key member

• score值擷取與修改

  zscore key member

  zincrby key increment member

  Tips 13：  redis 應用于計數器組合排序功能對應的排名

sorted_set 類型資料操作的注意事項

• score儲存的資料存儲空間是64位，如果是整數範圍是-9007199254740992~9007199254740992
• score儲存的資料也可以是一個雙精度的double值，基于雙精度浮點數的特征，可能會丢失精度，使用時候要慎重
• sorted_set 底層存儲還是基于set結構的，是以資料不能重複，如果重複添加相同的資料，score值将被反複覆寫，保留最後一次修改的結果

6.4 使用場景

6.4.1 排行榜

使用者釋出了n篇文章，其他人看到文章後給喜歡的文章點贊，使用score來記錄點贊數，有序集合會根據score排行。流程如下

使用者釋出一篇文章，初始點贊數為0，即score為0

zadd user:article 0 a

有人給文章a點贊，遞增1

zincrby user:article 1 a

查詢點贊前三篇文章

zrevrangebyscore user:article 0 2

查詢點贊後三篇文章

zrangebyscore user:article 0 2

6.4.2 延遲消息隊列

下單系統，下單後需要在15分鐘内進行支付，如果15分鐘未支付則自動取消訂單。将下單後的十五分鐘後時間作為score，訂單作為value存入redis，消費者輪詢去消費，如果消費的大于等于這筆記錄的score，則将這筆記錄移除隊列，取消訂單。

7. 資料類型實踐案例

8 五種資料類型總結