redis 五種類型介紹

1.  Redis最適合所有數(shù)據(jù)in-momory的場景，雖然Redis也提供持久化功能，但實(shí)際更多的是一個(gè)disk-backed的功能，跟傳統(tǒng)意義上的持久化有比較大的差別，那么可能大家就會(huì)有疑問，似乎Redis更像一個(gè)加強(qiáng)版的Memcached，那么何時(shí)使用Memcached,何時(shí)使用Redis呢?

       如果簡單地比較Redis與Memcached的區(qū)別，大多數(shù)都會(huì)得到以下觀點(diǎn)：

     1 、Redis不僅僅支持簡單的k/v類型的數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供list，set，zset，hash等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)。
     2 、Redis支持?jǐn)?shù)據(jù)的備份，即master-slave模式的數(shù)據(jù)備份。
     3 、Redis支持?jǐn)?shù)據(jù)的持久化，可以將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保持在磁盤中，重啟的時(shí)候可以再次加載進(jìn)行使用

2.  Redis常用數(shù)據(jù)類型

Redis最為常用的數(shù)據(jù)類型主要有以下：

• String

• Hash

• List

• Set

• Sorted set

• pub/sub

• Transactions

在具體描述這幾種數(shù)據(jù)類型之前，我們先通過一張圖了解下Redis內(nèi)部內(nèi)存管理中是如何描述這些不同數(shù)據(jù)類型的：

首先Redis內(nèi)部使用一個(gè)redisObject對象來表示所有的key和value,redisObject最主要的信息如上圖所示：

         type代表一個(gè)value對象具體是何種數(shù)據(jù)類型，

         encoding是不同數(shù)據(jù)類型在redis內(nèi)部的存儲(chǔ)方式，

         比如：type=string代表value存儲(chǔ)的是一個(gè)普通字符串，那么對應(yīng)的encoding可以是raw或者是int,如果是int則代表實(shí)際 redis內(nèi)部是按數(shù)值型類存儲(chǔ)和表示這個(gè)字符串的，當(dāng)然前提是這個(gè)字符串本身可以用數(shù)值表示，比如:"123" "456"這樣的字符串。

       這里需要特殊說明一下vm字段，只有打開了Redis的虛擬內(nèi)存功能，此字段才會(huì)真正的分配內(nèi)存，該功能默認(rèn)是關(guān)閉狀態(tài)的，該功能會(huì)在后面具體描述。通 過上圖我們可以發(fā)現(xiàn)Redis使用redisObject來表示所有的key/value數(shù)據(jù)是比較浪費(fèi)內(nèi)存的，當(dāng)然這些內(nèi)存管理成本的付出主要也是為了 給Redis不同數(shù)據(jù)類型提供一個(gè)統(tǒng)一的管理接口，實(shí)際作者也提供了多種方法幫助我們盡量節(jié)省內(nèi)存使用，我們隨后會(huì)具體討論。

3.  各種數(shù)據(jù)類型應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)方式

下面我們先來逐一的分析下這7種數(shù)據(jù)類型的使用和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式:

• String:

Strings 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是簡單的key-value類型，value其實(shí)不僅是String，也可以是數(shù)字.

常用命令:  set,get,decr,incr,mget 等。

 

應(yīng)用場景：String是最常用的一種數(shù)據(jù)類型，普通的key/ value 存儲(chǔ)都可以歸為此類.即可以完全實(shí)現(xiàn)目前 Memcached 的功能，并且效率更高。還可以享受Redis的定時(shí)持久化，操作日志及 Replication等功能。除了提供與 Memcached 一樣的get、set、incr、decr 等操作外，Redis還提供了下面一些操作：

• • 獲取字符串長度

  • 往字符串a(chǎn)ppend內(nèi)容

  • 設(shè)置和獲取字符串的某一段內(nèi)容

  • 設(shè)置及獲取字符串的某一位（bit）

  • 批量設(shè)置一系列字符串的內(nèi)容

實(shí)現(xiàn)方式：String在redis內(nèi)部存儲(chǔ)默認(rèn)就是一個(gè)字符串，被redisObject所引用，當(dāng)遇到incr,decr等操作時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)成數(shù)值型進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)redisObject的encoding字段為int。

• Hash

常用命令：hget,hset,hgetall 等。

應(yīng)用場景：在Memcached中，我們經(jīng)常將一些結(jié)構(gòu)化的信息打包成HashMap，在客戶端序列化后存儲(chǔ)為一個(gè)字符串的值，比如用戶的昵稱、年齡、性別、積分等，這時(shí)候在需要修改其中某一項(xiàng)時(shí)，通常需要將所有值取出反序列化后，修改某一項(xiàng)的值，再序列化存儲(chǔ)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(gè)并發(fā)的操作都需要修改積分）。而Redis的Hash結(jié)構(gòu)可以使你像在數(shù)據(jù)庫中Update一個(gè)屬性一樣只修改某一項(xiàng)屬性值。

        我們簡單舉個(gè)實(shí)例來描述下Hash的應(yīng)用場景，比如我們要存儲(chǔ)一個(gè)用戶信息對象數(shù)據(jù)，包含以下信息：

用戶ID為查找的key，存儲(chǔ)的value用戶對象包含姓名，年齡，生日等信息，如果用普通的key/value結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)，主要有以下2種存儲(chǔ)方式：

第一種方式將用戶ID作為查找key,把其他信息封裝成一個(gè)對象以序列化的方式存儲(chǔ)，這種方式的缺點(diǎn)是，增加了序列化/反序列化的開銷，并且在需要修改其中一項(xiàng)信息時(shí)，需要把整個(gè)對象取回，并且修改操作需要對并發(fā)進(jìn)行保護(hù)，引入CAS等復(fù)雜問題。

第二種方法是這個(gè)用戶信息對象有多少成員就存成多少個(gè)key-value對兒，用用戶ID+對應(yīng)屬性的名稱作為唯一標(biāo)識(shí)來取得對應(yīng)屬性的值，雖然省去了序列化開銷和并發(fā)問題，但是用戶ID為重復(fù)存儲(chǔ)，如果存在大量這樣的數(shù)據(jù)，內(nèi)存浪費(fèi)還是非常可觀的。

那么Redis提供的Hash很好的解決了這個(gè)問題，Redis的Hash實(shí)際是內(nèi)部存儲(chǔ)的Value為一個(gè)HashMap，并提供了直接存取這個(gè)Map成員的接口，如下圖：

也 就是說，Key仍然是用戶ID, value是一個(gè)Map，這個(gè)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(biāo)簽) 就可以操作對應(yīng)屬性數(shù)據(jù)了，既不需要重復(fù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，也不會(huì)帶來序列化和并發(fā)修改控制的問題。很好的解決了問題。

這 里同時(shí)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(gè)內(nèi)部Map的操 作，由于Redis單線程模型的緣故，這個(gè)遍歷操作可能會(huì)比較耗時(shí)，而另其它客戶端的請求完全不響應(yīng)，這點(diǎn)需要格外注意。

實(shí)現(xiàn)方式：

上 面已經(jīng)說到Redis Hash對應(yīng)Value內(nèi)部實(shí)際就是一個(gè)HashMap，實(shí)際這里會(huì)有2種不同實(shí)現(xiàn)，這個(gè)Hash的成員比較少時(shí)Redis為了節(jié)省內(nèi)存會(huì)采用類似一維數(shù) 組的方式來緊湊存儲(chǔ)，而不會(huì)采用真正的HashMap結(jié)構(gòu)，對應(yīng)的value redisObject的encoding為zipmap,當(dāng)成員數(shù)量增大時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)成真正的HashMap,此時(shí)encoding為ht。

• List

常用命令：lpush,rpush,lpop,rpop,lrange等。

應(yīng)用場景：

Redis list的應(yīng)用場景非常多，也是Redis最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，比如twitter的關(guān)注列表，粉絲列表等都可以用Redis的list結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

Lists 就是鏈表，相信略有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)的人都應(yīng)該能理解其結(jié)構(gòu)。使用Lists結(jié)構(gòu)，我們可以輕松地實(shí)現(xiàn)最新消息排行等功能。Lists的另一個(gè)應(yīng)用就是消息隊(duì)列，
可以利用Lists的PUSH操作，將任務(wù)存在Lists中，然后工作線程再用POP操作將任務(wù)取出進(jìn)行執(zhí)行。Redis還提供了操作Lists中某一段的api，你可以直接查詢，刪除Lists中某一段的元素。

實(shí)現(xiàn)方式：

Redis list的實(shí)現(xiàn)為一個(gè)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(shí)現(xiàn)，包括發(fā)送緩沖隊(duì)列等也都是用的這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

• Set

常用命令：

sadd,spop,smembers,sunion 等。

應(yīng)用場景：

Redis set對外提供的功能與list類似是一個(gè)列表的功能，特殊之處在于set是可以自動(dòng)排重的，當(dāng)你需要存儲(chǔ)一個(gè)列表數(shù)據(jù)，又不希望出現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)，set 是一個(gè)很好的選擇，并且set提供了判斷某個(gè)成員是否在一個(gè)set集合內(nèi)的重要接口，這個(gè)也是list所不能提供的。

Sets 集合的概念就是一堆不重復(fù)值的組合。利用Redis提供的Sets數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以存儲(chǔ)一些集合性的數(shù)據(jù)，比如在微博應(yīng)用中，可以將一個(gè)用戶所有的關(guān)注人存 在一個(gè)集合中，將其所有粉絲存在一個(gè)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(shí)現(xiàn)如共同關(guān)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(gè)新的集合中。

實(shí)現(xiàn)方式：

set 的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是一個(gè) value永遠(yuǎn)為null的HashMap，實(shí)際就是通過計(jì)算hash的方式來快速排重的，這也是set能提供判斷一個(gè)成員是否在集合內(nèi)的原因。

• Sorted Set

常用命令：

zadd,zrange,zrem,zcard等

使用場景：

Redis sorted set的使用場景與set類似，區(qū)別是set不是自動(dòng)有序的，而sorted set可以通過用戶額外提供一個(gè)優(yōu)先級(jí)(score)的參數(shù)來為成員排序，并且是插入有序的，即自動(dòng)排序。當(dāng)你需要一個(gè)有序的并且不重復(fù)的集合列表，那么 可以選擇sorted set數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如twitter 的public timeline可以以發(fā)表時(shí)間作為score來存儲(chǔ)，這樣獲取時(shí)就是自動(dòng)按時(shí)間排好序的。

另外還可以用Sorted Sets來做帶權(quán)重的隊(duì)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(wù)。讓重要的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。

實(shí)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(chǔ)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(gòu)可以獲得比較高的查找效率，并且在實(shí)現(xiàn)上比較簡單。

• Pub/Sub

Pub/Sub 從字面上理解就是發(fā)布（Publish）與訂閱（Subscribe），在Redis中，你可以設(shè)定對某一個(gè)key值進(jìn)行消息發(fā)布及消息訂閱，當(dāng)一個(gè) key值上進(jìn)行了消息發(fā)布后，所有訂閱它的客戶端都會(huì)收到相應(yīng)的消息。這一功能最明顯的用法就是用作實(shí)時(shí)消息系統(tǒng)，比如普通的即時(shí)聊天，群聊等功能。

• Transactions

誰 說NoSQL都不支持事務(wù)，雖然Redis的Transactions提供的并不是嚴(yán)格的ACID的事務(wù)（比如一串用EXEC提交執(zhí)行的命令，在執(zhí)行中服 務(wù)器宕機(jī)，那么會(huì)有一部分命令執(zhí)行了，剩下的沒執(zhí)行），但是這個(gè)Transactions還是提供了基本的命令打包執(zhí)行的功能（在服務(wù)器不出問題的情況 下，可以保證一連串的命令是順序在一起執(zhí)行的，中間有會(huì)有其它客戶端命令插進(jìn)來執(zhí)行）。Redis還提供了一個(gè)Watch功能，你可以對一個(gè)key進(jìn)行 Watch，然后再執(zhí)行Transactions，在這過程中，如果這個(gè)Watched的值進(jìn)行了修改，那么這個(gè)Transactions會(huì)發(fā)現(xiàn)并拒絕執(zhí) 行。

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