Redis数据类型

Redis所有key都是字符串，存储值有5种基本数据结构：string，list，hash，set和zset（有序集合），3种特殊数据结构：HyperLogLogs（基数统计），Bitmaps（位图）和Geospatial（地理位置），Redis 5.0中还增加了Stream类型，借鉴了kafka的设计，是一个强大的支持多播的可持久化消息队列。

5种基础数据类型

String字符串

Redis的字符串是动态字符串，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配（即当前字符串实际分配空间一般高于字符串实际长度）。

• 常用命令：get，set，del，strlen，getrange（获取子串），setrange（覆盖子串），append（追加子串），incr（键值加1），decr（键值减1），incrby（键值增加指定整数），decrby（键值减去指定整数）

  注：字符串类型没有提供子串插入方法和子串删除方法。后面四种改变键值方法是将字符串当做计数器使用，其值的上下限分别为Long.Max和Long.Min

• 底层原理：不是使用C语言的字符串，而是自己构建的SDS抽象类型。

• 应用场景：缓存（常用信息、图片、视频等）、计数器、session

List列表

Redis中的List其实就是一个双向列表，可以用于实现消息队列等功能。

• 常用命令：rpush，lpush，rpop，lpop，lrange（返回指定范围所有值），lindex（指定索引下的值，-1表示最后一个元素），llen（返回链表长度），lset（指定位置修改元素），linsert（指定位置插入元素，不是通过下标，而是通过具体值指定，并通过参数before和after指定前置或后置插入），lrem（删除元素，也不是通过位置删除，需要指定删除最大个数和元素的值），ltrim（指定起始下标start和结束下标end，删除范围之外的所有元素）。
• 底层原理：List在数据量较少时使用的时ZipList，即压缩列表，分配一块连续内存，所有元素紧挨着存储。在数据量较大时，List底层采用的QuickList。因为普通链表需要附加空间指针太大，比较浪费时间，所以Redis中的QuickList是将若干个ZipList用指针连起来。这样既满足快速的插入性能，又不会出现太大的空间冗余。
• 应用场景：消息队列，展示最新列表信息等。

Set集合

Redis中Set是String类型的无序集合，通过哈希表实现，所有value都指向同一内部值，添加、删除、查找的复杂度都是O(1)。

• 常用命令：sadd，scard，smember（返回集合所有成员），sismember（集合是否存在某元素）。
• 应用场景：标签（给用户加标签或者用户给消息添加标签）、点赞、收藏等。

Zset有序集合

Zset和set基本类似，区别在于集合中每个元素会关联一个分数，redis正是通过这个分数来为集合中成员进行从小到大的排序。

• 常用命令：zadd key score value（将一个带有给定分值的成员添加到集合），zrange，zrem key value（从集合中移除value），zcard（获取集合元素个数），zrem（删除1个或多个元素），zincrby（计数器），zscore（分数），zrank（排名），zrange（获取范围内所有元素，携带withscores可一并获取元素权重），zrangebyscore（分数范围获取元素，±inf表示正负无穷），zremrangebyrank（通过rank范围移除元素），zremrangebyscore（通过score范围移除元素）
• 底层原理：redis有序集合底层通过跳跃列表来实现的，比较复杂，感兴趣的可以自行了解。
• 应用：排行榜。

Hash散列

Hash是一种string类型key和value的映射表，适合用于存储对象。

• 常用命令：hset，hmset（增加多个键值对），hget，hmget（获取多个key对应的value），hkeys，hvalues，hdel（删除指定的1个或多个key），hexists，hincrby（计数器）。

• 底层原理：Redis中hash底层结构类似java中的hashmap或python中的dict，通过一个二维结构来实现。第一维是数组，第二维是链表，hash的key和value分别存放于数组和链表中。通过key查找元素时，先计算key的hashcode，然后用hashcode对链表长度取模定位到链表表头，再对链表进行遍历获取到相应的value值， 链表的作用就是用来将产生了「hash碰撞」的元素串起来 。

  

  • 扩容：hash碰撞频繁发生时需要进行扩容。扩容时需要申请新的两倍大小数组，然后将所有key-value键值对进行rehash存储，之一过程对于单线程redis来说有点压力过大。Redis采用的是渐进式rehash方案，同时保留两个新旧hash结构，在后续定时任务以及hash结构的读写指令中逐渐将旧hash迁移到新hash中。
  • 缩容：原理和扩容类似，新数组大小是旧数组的一半。

3种特殊类型

HyperLogLogs（基数统计）

HyperLogLogs用于基数统计（即一个集合中不重复的元素数量），比如 注册 IP 数、每日访问 IP 数、页面实时UV、在线用户数，共同好友数等，它允许容错。

• 特点：每个键占用12K空间，不管什么值都可以可以存储近$2^{64}$个值。需要注意的是它估算出来的基数并不一定准确， 是一个带有 0.81% 标准错误的近似值 。（其背后的HyperLogLog算法，感兴趣可以自行了解。）
• 常用命令：pfadd，pfcount，pfmerge
• 应用场景：计算日活、统计网站日UV、注册IP数、访问IP数等等。

Bitmap（位图）

bitmap通过操作bit来进行记录，只有0和1两个状态，可以大幅节省存储空间。

• 常用命令：setbit，getbit，bitcount（值为1的bit数量）
• 应用场景：用户行为分析、保存状态信息（是否签到、是否登录等）、活跃用户、用户在线状态等。

Geospatial（地理位置）

Redis的Geo用于存储位置信息，可以通过地理位置（经纬度），推算两地之间距离、附近的人等。

• 常用命令：geoadd（geoadd key longitude latitude member [longitude latitude member …]），geodist（geodist key member1 member2 [unit] unit可以指定长度单位：m,km,ft等 默认为m），geohash（geohash key member [member …]，返回位置元素的hash表示），geopos（geopos key member [member …]），georadius（ georadiuskey longitude latitude radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]，半径内所有元素），georadiusbymember（和georadius类似，不过中心点不是经纬度，而是已添加的某个位置）。
• 底层：其底层为zset，因此可以使用zset命令来操作geo，比如zrange key 0 -1 withscores。

参考链接

1. https://pdai.tech/md/db/nosql-redis/db-redis-data-types.html
2. https://juejin.cn/post/6844903644798664712