redis数据结构
redis数据结构
安安redis十大数据类型
Redis 的十大数据结构详解
根据常见的 Redis 文档和社区讨论，Redis 核心提供了多种数据结构（或称为数据类型），其中五种基本类型（String、List、Hash、Set、ZSet）是最基础的，而扩展类型包括 Bitmap、HyperLogLog、GEO、Stream 和 Bitfield。这些通常被归纳为“十大数据结构”，它们在实际应用中覆盖了从简单存储到复杂查询的各种场景。下面我将逐一详细讲解每个数据结构的描述、特点、常见命令、应用场景以及底层实现原理。注意，Redis 的数据类型实际上是针对 value 的设计，而 key 始终是字符串类型。
1. String（字符串）
- 描述：String 是 Redis 最基础的数据类型，一个键对应一个值，支持存储任意数据，包括文本、数字、图片或序列化对象。值最大可达 512MB，且是二进制安全的（即可以存储任何字节数据，而不限于字符串）。
- 特点：支持数值操作（如自增/自减）、范围获取和追加。适合简单键值存储。
- 常见命令：
- 设置值：
SET key value [NX|XX] [EX seconds]（NX 表示键不存在时设置，XX 表示键存在时设置，EX 设置过期时间）。 - 获取值：
GET key。 - 批量操作：
MSET key1 value1 key2 value2、MGET key1 key2。 - 数值增减：
INCR key（自增1）、DECR key（自减1）、INCRBY key increment。 - 范围操作：
GETRANGE key start end、SETRANGE key offset value。 - 其他：
APPEND key value（追加）、STRLEN key（获取长度）、SETNX key value（分布式锁常用）。
- 设置值：
- 应用场景：缓存（如网页内容）、计数器（如访问量）、分布式锁、限流（如接口调用次数）。
- 底层原理：使用 SDS（Simple Dynamic String，简单动态字符串）实现，支持三种编码：int（整数型，存储长整型数据）、embstr（嵌入式字符串，≤44字节，键值连续存储，不可修改）、raw（原始字符串，>44字节，键值分离存储，可修改）。SDS 比 C 字符串更高效，避免缓冲区溢出，并支持 O(1) 时间获取长度。
2. List（列表）
- 描述：List 是一个有序的字符串列表，按插入顺序排序，支持从头部或尾部添加/删除元素。最多可存储 2^32 - 1 个元素（约 42 亿），元素可重复。
- 特点：支持双端操作，类似于双向链表，但性能更高。
- 常见命令：
- 插入：
LPUSH key value（头部插入）、RPUSH key value（尾部插入）。 - 获取：
LRANGE key start stop（范围获取）、LINDEX key index（按索引获取）。 - 弹出：
LPOP key（头部弹出）、RPOP key（尾部弹出）。 - 删除：
LREM key count value（移除指定元素）。 - 截取：
LTRIM key start stop（保留指定范围）。 - 移动：
RPOPLPUSH source destination（从一个列表尾部弹出并插入另一个头部）。 - 其他：
LSET key index value（修改元素）、LLEN key（获取长度）。
- 插入：
- 应用场景：消息队列（如生产者-消费者模式）、任务列表、最新消息列表、历史记录。
- 底层原理：Redis 3.2 后统一使用 quicklist 实现，它是 ziplist（紧凑列表，Redis 7.0 前）或 listpack（Redis 7.0 后）的链表结合。每个 quicklist 节点是一个 listpack，用于压缩存储小列表。配置参数如
list-max-ziplist-size控制节点大小，list-compress-depth控制压缩深度，避免大列表的内存浪费。
3. Hash（哈希）
- 描述：Hash 是一个字符串类型的字段-值映射表，类似于 Java 的 Map 或 Python 的字典。每个 Hash 可存储 2^32 - 1 个键值对（约 42 亿）。
- 特点：适合存储对象结构，支持部分更新，而非整个替换。
- 常见命令：
- 设置：
HSET key field value、HMSET key field1 value1 field2 value2、HSETNX key field value（不存在时设置）。 - 获取：
HGET key field、HMGET key field1 field2、HGETALL key（获取所有字段值）。 - 删除：
HDEL key field。 - 判断：
HEXISTS key field。 - 键值操作：
HKEYS key（所有字段）、HVALS key（所有值）。 - 数值增减：
HINCRBY key field increment、HINCRBYFLOAT key field increment。
- 设置：
- 应用场景：存储对象（如用户信息、购物车、配置信息），比 String 更节省内存。
- 底层原理：Redis 7.0 前使用 ziplist（小数据时），7.0 后使用 listpack 或 hashtable。大数据时转为 hashtable（哈希表，使用链地址法解决冲突）。转换阈值：元素数 ≤
hash-max-ziplist-entries（默认 512），字段值长度 ≤hash-max-ziplist-value（默认 64）。listpack 优化了 ziplist 的连锁更新问题。
4. Set（集合）
- 描述：Set 是一个无序的字符串集合，元素唯一，不可重复。最多存储 2^32 - 1 个元素，添加/删除/查找复杂度 O(1)。
- 特点：自动去重，支持集合运算如交并差。
- 常见命令：
- 添加：
SADD key member。 - 获取：
SMEMBERS key（所有元素）。 - 判断：
SISMEMBER key member。 - 删除：
SREM key member。 - 计数：
SCARD key。 - 随机：
SRANDMEMBER key [count]、SPOP key [count]。 - 移动：
SMOVE source destination member。 - 集合运算：
SINTER key1 key2（交集）、SUNION key1 key2（并集）、SDIFF key1 key2（差集）。
- 添加：
- 应用场景：去重（如标签系统）、集合运算（如共同好友）、随机抽取（如抽奖）。
- 底层原理：Redis 7.2 前使用 intset（整数集合，小整数时）或 hashtable，7.2 后新增 listpack。intset 用于所有元素是整数且 ≤
set-max-intset-entries（默认 512）。listpack 用于小字符串集合（≤set-max-listpack-entries默认 128，值长度 ≤ 64）。大数据转为 hashtable。
5. ZSet（有序集合）
- 描述：ZSet 类似于 Set，但每个元素关联一个 double 类型分数（score），按分数从小到大排序。元素唯一，分数可重复。最多存储 2^32 - 1 个元素。
- 特点：支持范围查询和排名。
- 常见命令：
- 添加：
ZADD key score member。 - 获取：
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]、ZREVRANGE key start stop（逆序）、ZRANGEBYSCORE key min max。 - 计数：
ZCARD key、ZCOUNT key min max。 - 删除：
ZREM key member。 - 分数操作：
ZINCRBY key increment member。 - 排名：
ZRANK key member、ZREVRANK key member。 - 弹出：
ZPOPMIN key [count]、ZPOPMAX key [count]。
- 添加：
- 应用场景：排行榜（如游戏分数）、延时队列、访问统计。
- 底层原理：Redis 7.0 前使用 ziplist，7.0 后使用 listpack 或 skiplist。listpack 用于小数据（元素 ≤
zset-max-listpack-entries默认 128，值 ≤ 64）。skiplist 是多层有序链表，随机生成层数（最大 32 层），支持 O(log N) 范围查询和插入。
6. Bitmap（位图）
- 描述：Bitmap 是一个位数组，使用 0/1 表示状态，基于 String 类型实现，支持位级操作。
- 特点：节省空间，适合大规模二进制数据。
- 常见命令：
- 设置位：
SETBIT key offset value（value 为 0 或 1）。 - 获取位：
GETBIT key offset。 - 计数：
BITCOUNT key [start end]（统计 1 的个数）。 - 位运算：
BITOP AND|OR|XOR|NOT destkey key [key ...]。
- 设置位：
- 应用场景：用户签到统计（如连续登录天数）、活跃用户过滤、二进制状态跟踪。
- 底层原理：基于 SDS（String 的底层），直接操作二进制位，支持高效的位操作，内存占用低（1 位/元素）。
7. HyperLogLog（基数统计）
- 描述：HyperLogLog 是一种概率性数据结构，用于估计集合中唯一元素的数量（基数），每个键固定占用 12KB，支持最多 2^64 个元素，误差约 0.81%。
- 特点：不存储实际元素，只估算数量，节省内存。
- 常见命令：
- 添加：
PFADD key element [element ...]。 - 计数：
PFCOUNT key [key ...]。 - 合并：
PFMERGE destkey sourcekey [sourcekey ...]。
- 添加：
- 应用场景：网站 UV（独立访客）统计、DAU（日活跃用户）、商品浏览量估算。
- 底层原理：基于概率算法（如 LogLog 计数），使用固定桶数组记录最大零尾数，估算基数。底层是 SDS。
8. GEO（地理空间）
- 描述：GEO 用于存储地理位置信息，支持坐标存储、距离计算和范围查询。基于 ZSet 实现，使用 GeoHash 编码经纬度为分数。
- 特点：高效的位置查询。
- 常见命令：
- 添加：
GEOADD key longitude latitude member。 - 获取位置：
GEOPOS key member。 - 距离：
GEODIST key member1 member2 [unit]（unit 如 km）。 - 范围查询：
GEORADIUS key longitude latitude radius unit [WITHCOORD] [WITHDIST]、GEORADIUSBYMEMBER key member radius unit。
- 添加：
- 应用场景：附近的人/店搜索、距离计算、LBS（位置服务）。
- 底层原理：基于 ZSet，GeoHash 将经纬度转换为一维分数，支持 O(log N) 查询。
9. Stream（流）
- 描述：Stream 是 Redis 5.0 引入的消息队列结构，支持持久化、自动 ID 生成、消费者组和 ACK 机制。每个消息是键值对列表。
- 特点：类似于 Kafka 的日志流，支持阻塞读取和分组消费。
- 常见命令：
- 添加：
XADD key ID field value [field value ...]（ID 可为 * 自动生成）。 - 范围获取：
XRANGE key start end [COUNT count]、XREVRANGE key end start。 - 删除：
XDEL key ID。 - 长度：
XLEN key。 - 修剪：
XTRIM key MAXLEN threshold。 - 读取：
XREAD [BLOCK milliseconds] STREAMS key ID。 - 消费者组：
XGROUP CREATE key group ID、XREADGROUP GROUP group consumer STREAMS key ID。
- 添加：
- 应用场景：消息队列、操作日志、数据同步、实时处理。
- 底层原理：使用 radix tree（压缩前缀树，rax）存储消息 ID，值用 listpack 存储。rax 支持快速插入/删除/定位。
10. Bitfield（位域）
- 描述：Bitfield 是对 String 的位级扩展，支持任意位长度的 signed/unsigned 整数存取和操作。
- 特点：精细位控制，适合自定义位字段。
- 常见命令：
- 操作：
BITFIELD key [GET type offset] [SET type offset value] [INCRBY type offset increment] [OVERFLOW WRAP|SAT|FAIL]（type 如 i8/u16 表示 signed/unsigned 位宽）。
- 操作：
- 应用场景：存储自定义位数据，如游戏状态、配置标志。
- 底层原理：基于 String 的 SDS，直接在二进制层面操作位，支持溢出策略（WRAP 循环、SAT 饱和、FAIL 失败）。
[up主专用，视频内嵌代码贴在这]
