redis數(shù)據(jù)類型及應用場景知識點總結(jié)

redis數(shù)據(jù)類型及應用場景

Redis支持5種數(shù)據(jù)類型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合）及zset(sorted set：有序集合)。

一、string

簡介：Strings數(shù)據(jù)類型是最常用、簡單的key-value類型，普通的key/ value 存儲都可以歸為此類。value不僅可以是字符串，也可以是數(shù)字。因為是二進制安全的，所以你完全可以把一個圖片文件的內(nèi)容作為string來存儲。Redis的string可以完全實現(xiàn)目前memcached的功能，并且效率更高。除了提供與 Memcached 一樣的get、set、incr、decr 等操作外，Redis還額外提供了下面一些操作：

1. 獲取字符串長度

2. 往字符串a(chǎn)ppend內(nèi)容

3. 設置和獲取字符串的某一段內(nèi)容

4. 設置及獲取字符串的某一位（bit）

5. 批量設置一系列字符串的內(nèi)容

常用命令: set,get,decr,incr,mget 等。

應用場景：

1. 應用 Memcached和CKV的所有場景。字符串和數(shù)字直接存取。結(jié)構化數(shù)據(jù)需要先序列化，再set到value；相應的，get到value后需要反序列化。

2. 可以利用redis的INCR、INCRBY、DECR、DECRBY等指令來實現(xiàn)原子計數(shù)的效果。即可以用來實現(xiàn)業(yè)務上的統(tǒng)計計數(shù)需求。也可用于實現(xiàn)idmaker，即生成全局唯一的id。

3. 存放session key，實現(xiàn)一個分布式session系統(tǒng)。Redis的key可以方便地設置過期時間，用于實現(xiàn)session key的自動過期。驗證skey時先根據(jù)uid路由到對應的redis，如取不到skey，則表示skey已過期，需要重新登錄；如取到skey且校驗通過則升級此skey的過期時間即可。

4. Set nx或SetNx，僅當key不存在時才Set?？梢杂脕磉x舉Master或?qū)崿F(xiàn)分布式鎖：所有Client不斷嘗試使用SetNx master myName搶注Master，成功的那位不斷使用Expire刷新它的過期時間。如果Master掛掉了key就會失效，剩下的節(jié)點又會發(fā)生新一輪搶奪。

5. 借助redis2.6開始支持的lua腳本，可以實現(xiàn)更安全的2種分布式鎖：一種適用于各進程競爭但總是單個進程獲取鎖并處理的場景。除非原處理進程掛掉因而鎖過期才會被其它進程獲取到鎖。無須主動解鎖。通過get、expire/pexpire、setnx ex| px的lua腳本實現(xiàn)；一種適用于各進程競爭獲取鎖并處理的場景。通過set nx ex| px獲取鎖，用完需要通過先get判斷再del釋放鎖，否則在鎖過期之前不能獲取到鎖。

6. GetSet， 設置新值，返回舊值。比如實現(xiàn)一個計數(shù)器，可以用GetSet獲取計數(shù)并重置為0。

7. GetBit/SetBit/BitOp/BitCount， BitMap的玩法，比如統(tǒng)計今天的獨立訪問用戶數(shù)時，每個注冊用戶都有一個offset，他今天進來的話就把他那個位設為1，用BitCount就可以得出今天的總?cè)藬?shù)。

8. Append/SetRange/GetRange/StrLen，對文本進行擴展、替換、截取和求長度，對特定數(shù)據(jù)格式非常有用。

實現(xiàn)方式：String在redis內(nèi)部存儲默認就是一個字符串，被redisObject所引用，當遇到incr,decr等操作時會轉(zhuǎn)成數(shù)值型進行計算，此時redisObject的encoding字段為int。

二、Hash

簡介：Hash存的是字符串和字符串值之間的映射。Hash將對象的各個屬性存入Map里，可以只讀取/更新對象的某些屬性。這樣有些屬性超長就讓它一邊呆著不動，另外不同的模塊可以只更新自己關心的屬性而不會互相并發(fā)導致覆蓋沖突。

常用命令：hget,hset,hgetall 等。

應用場景：

1. 存放結(jié)構化數(shù)據(jù)，比如用戶信息。在Memcached或CKV中，對于用戶信息比如用戶的昵稱、年齡、性別、積分等，我們需要先序列化后存儲為一個字符串的值，這時候在需要修改其中某一項時，通常需要將所有值取出反序列化后，修改某一項的值，再序列化存儲回去。這樣不僅增大了開銷，也不適用于一些可能并發(fā)操作的場合（比如兩個并發(fā)的操作都需要修改積分）。而Redis的Hash結(jié)構可以使你像在數(shù)據(jù)庫中Update一個屬性一樣只修改某一項屬性值。如下圖：

2. Key是用戶ID, value是一個Map，這個Map的key是成員的屬性名，value是屬性值，這樣對數(shù)據(jù)的修改和存取都可以直接通過其內(nèi)部Map的Key(Redis里稱內(nèi)部Map的key為field), 也就是通過key(用戶ID) + field(屬性標簽) 就可以操作對應屬性數(shù)據(jù)了，既不需要重復存儲數(shù)據(jù)，也不會帶來序列化和并發(fā)修改控制的問題。

3. 不過這里需要注意，Redis提供了接口(hgetall)可以直接取到全部的屬性數(shù)據(jù),但是如果內(nèi)部Map的成員很多，那么涉及到遍歷整個內(nèi)部Map的操作，由于Redis單線程模型的緣故，這個遍歷操作可能會比較耗時，而對其它客戶端的請求完全不響應，這點需要格外注意。

4. 可用來建索引。比如User對象，除了id有時還要按name來查詢，可以建一個Key為user:name:id的Hash，在插入User對象時(set user:101{"id":101,"name":"calvin"})， 順便往這個hash插入一條(hset user:name:id calvin 101)，這時calvin作為hash里的一個key，值為101。按name查詢的時候，用hgetuser:name:id calvin 就能從名為calvin的key里取出id。假如需要使用多種索引來查找某條數(shù)據(jù)時可以使用，一個hash key搞定，避免使用多個string key存放索引值。

5. HINCRBY同樣可用于實現(xiàn)idmaker。相對string類型的idmaker每一個類型需要一個key，hash類型的用一個key即可。

實現(xiàn)方式：

Redis Hash對應Value內(nèi)部實際就是一個HashMap，這里會有2種不同實現(xiàn)，這個Hash的成員比較少時Redis為了節(jié)省內(nèi)存會采用類似一維數(shù)組的方式來緊湊存儲，而不會采用真正的HashMap結(jié)構，對應的value redisObject的encoding為zipmap,當成員數(shù)量增大時會自動轉(zhuǎn)成真正的HashMap,此時encoding為ht。

三、List

簡介：List是一個雙向鏈表，支持雙向的Pop/Push，江湖規(guī)矩一般從左端Push，右端Pop——LPush/RPop，而且還有Blocking的版本BLPop/BRPop，客戶端可以阻塞在那直到有消息到來。還有RPopLPush/ BRPopLPush，彈出來返回給client的同時，把自己又推入另一個list，LLen獲取列表的長度。還有按值進行的操作：LRem(按值刪除元素)、LInsert(插在某個值的元素的前后)，復雜度是O(N)，N是List長度，因為List的值不唯一，所以要遍歷全部元素，而Set只要O(log(N))。

按下標進行的操作：下標從0開始，隊列從左到右算，下標為負數(shù)時則從右到左。LSet ，按下標設置元素值。LIndex，按下標返回元素。LRange，不同于POP直接彈走元素，只是返回列表內(nèi)一段下標的元素，是分頁的最愛。LTrim，限制List的大小，比如只保留最新的20條消息。復雜度也是O(N)，其中LSet的N是List長度，LIndex的N是下標的值，LRange的N是start的值+列出元素的個數(shù)，因為是鏈表而不是數(shù)組，所以按下標訪問其實要遍歷鏈表，除非下標正好是隊頭和隊尾。LTrim的N是移除元素的個數(shù)。

常用命令：lpush,rpush,lpop,rpop,lrange等。

應用場景：

1. 各種列表，比如twitter的關注列表、粉絲列表等，最新消息排行、每篇文章的評論等也可以用Redis的list結(jié)構來實現(xiàn)。

2 消息隊列，可以利用Lists的PUSH操作，將任務存在Lists中，然后工作線程再用POP操作將任務取出執(zhí)行。這里的消息隊列并沒有ack機制，如果消費者把任務給Pop走了又沒處理完就死機了怎么辦？解決方法之一是加多一個sorted set，分發(fā)的時候同時發(fā)到list與sorted set，以分發(fā)時間為score，用戶把任務做完了之后要用ZREM消掉sorted set里的job，并且定時從sorted set中取出超時沒有完成的任務，重新放回list。另一個做法是為每個worker多加一個的list，彈出任務時改用RPopLPush，將job同時放到worker自己的list中，完成時用LREM消掉。如果集群管理(如zookeeper)發(fā)現(xiàn)worker已經(jīng)掛掉，就將worker的list內(nèi)容重新放回主list。

3 利用LRANGE可以很方便的實現(xiàn)list內(nèi)容分頁的功能。

4. 取最新N個數(shù)據(jù)的操作：LPUSH用來插入一個內(nèi)容ID，作為關鍵字存儲在列表頭部。LTRIM用來限制列表中的項目數(shù)最多為5000。如果用戶需要的檢索的數(shù)據(jù)量超越這個緩存容量，這時才需要把請求發(fā)送到數(shù)據(jù)庫。

實現(xiàn)方式：

Redis list的實現(xiàn)為一個雙向鏈表，即可以支持反向查找和遍歷，更方便操作，不過帶來了部分額外的內(nèi)存開銷，Redis內(nèi)部的很多實現(xiàn)，包括發(fā)送緩沖隊列等也都是用的這個數(shù)據(jù)結(jié)構。

四、Set

簡介：是一種無序的集合，集合中的元素沒有先后順序，不重復。將重復的元素放入Set會自動去重。

常用命令：

sadd,spop,smembers,sunion等。

應用場景：

1. 某些需要去重的列表，并且set提供了判斷某個成員是否在一個set集合內(nèi)的重要接口，這個也是list所不能提供的。

2. 可以存儲一些集合性的數(shù)據(jù)，比如在微博應用中，可以將一個用戶所有的關注人存在一個集合中，將其所有粉絲存在一個集合。Redis還為集合提供了求交集、并集、差集等操作，可以非常方便的實現(xiàn)如共同關注、共同喜好、二度好友等功能，對上面的所有集合操作，你還可以使用不同的命令選擇將結(jié)果返回給客戶端還是存集到一個新的集合中。又比如QQ有一個社交功能叫做“好友標簽”，大家可以給你的好友貼標簽，比如“大美女”、“土豪”、“歐巴”等等，這里也可以把每一個用戶的標簽都存儲在一個集合之中。

3. 想要知道某些特定的注冊用戶或IP地址，他們到底有多少訪問了某個頁面，可以這樣實現(xiàn)：SADD page:day1:<page_id> <user_id> 。想知道特定用戶的數(shù)量，使用SCARD page:day1:<page_id>。 需要測試某個特定用戶是否訪問了這個頁面？SISMEMBER page:day1:<page_id>。

實現(xiàn)方式：

set 的內(nèi)部實現(xiàn)是一個 value永遠為null的HashMap，實際就是通過計算hash的方式來快速排重的，這也是set能提供判斷一個成員是否在集合內(nèi)的原因。

五、Sorted Set

簡介：有序集合，相比set，元素放入集合時還要提供該元素的分數(shù)，可根據(jù)分數(shù)自動排序。

常用命令：

zadd,zrange,zrem,zcard等

使用場景：

1. 存放一個有序的并且不重復的集合列表，比如twitter 的public timeline可以以發(fā)表時間作為score來存儲，這樣獲取時就是自動按時間排好序的。

2. 可以做帶權重的隊列，比如普通消息的score為1，重要消息的score為2，然后工作線程可以選擇按score的倒序來獲取工作任務。讓重要的任務優(yōu)先執(zhí)行。

3. 排行榜相關：ZADD leaderboard <score> <username> 。 得到前100名高分用戶很簡單：ZREVRANGE leaderboard 0 99。用戶的全球排名也相似，只需要執(zhí)行：ZRANK leaderboard <username>。

4. 新聞按照用戶投票和時間排序，ZADD時的score = points / time^alpha， 這樣用戶的投票會相應的把新聞挖出來，但時間會按照一定的指數(shù)將新聞埋下去。

5. 過期項目處理：使用unix時間作為關鍵字，用來保持列表能夠按時間排序。對current_time和time_to_live進行檢索，完成查找過期項目的艱巨任務。另一項后臺任務使用ZRANGE...WITHSCORES進行查詢，刪除過期的條目。

實現(xiàn)方式：

Redis sorted set的內(nèi)部使用HashMap和跳躍表(SkipList)來保證數(shù)據(jù)的存儲和有序，HashMap里放的是成員到score的映射，而跳躍表里存放的是所有的成員，排序依據(jù)是HashMap里存的score,使用跳躍表的結(jié)構可以獲得比較高的查找效率，并且在實現(xiàn)上比較簡單。

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