盘一盘Redis的底层数据结构

2022-06-06 00:00:00 集合 列表 对象 字符串 有序

大家好，我是陌溪

前言

Redis 是一个高性能的分布式内存数据库，在国内的公司也有着非常广泛的使用场景。因此，在面试过程中，关于 Redis 相关的知识点，也是经常被问到的。

下面这题，就是之前面试的时候遇到过的，让我们一起来学习一下吧~

Redis 有那些数据结构？以及它们的使用场景？

Redis五种数据结构

Redis 为我们提供了 5 种数据结构，分别是以下几种：

  • String（终究是我扛下来所有）

  • Hash（存储对象我也行）

  • List（栈和队列我都行）

  • Set（标签系统我在行）

  • Sort Set（排起名来我棒）

然而，在我们的实际编程开发中，有大多数的开发者仅仅只会使用简单的 Redis 的 String 类型，也就是里面的 Get 和 Set 方法

当然也包括我，终究还是用 String 扛下了全部

// 设置键值
stringRedisTemplate.opsForValue().set("key", "value");
// 获取键值
stringRedisTemplate.opsForValue().get("key");

下面，就让我们一起来深入学习 Redis 的 5 种数据类型，以便能够在不同的业务场景中游刃有余，而不是做一个只会用 String 的同学。

字符串

字符串类型是 Redis 基础的数据结构，其他几种数据结构都是在字符串类型基础上构建的。

字符串类型的值是字符串（简单的字符串、复杂的字符串（例如 JSON、XML））、数字（整数、浮点数），甚至是二进制（图片、音频、视频）等。

字符串

字符串对象的内部编码有 3 种 ：int、raw 和 embstr，Redis 会根据当前值的类型和长度来决定使用哪种编码来实现

  • int：如果一个字符串对象保存的是整数值,并且这个整数值可以用long类型来表示

  • raw：如果字符串对象保存的是一个字符串值,并且这个字符串值的长度大于32字节

  • embstr：如果字符串对象保存的是一个字符串值,并且这个字符申值的长度小于等于32字节

Reids 字符串的使用场景是为广泛的，甚至有些对 Redis 其它几种对象不太熟悉的人，基本所有场景都会使用字符串(序列化一下直接扔进去),这让本身很单纯的字符串承受了它这个年纪本不该承受的重量。其实 Redis 的主要使用场景主要有以下几种:

  • 作为缓存层,缓存热点数据

  • Redis 字符串可以自增自减的特性可以用来做计数器、限速器、自增ID生成等

  • 分布式系统的 Session 共享

  • 二进制数据的存储

哈希

哈希对象用来存储一组数据对，每个数据对又包含键值两部分

哈希

Hash对象也有两种实现方式：ziplist（压缩列表）和 hashtable（哈希表）

同样，只有当存储的数据量比较小的情况下，Redis才使用压缩列表来实现哈希对象，具体需要满足两个条件

  • 字典中保存的键和值的大小都要小于 64 字节

  • 字典中键值对的个数要小于 512 个

当不能同时满足上面的两个条件时，Redis 就使用哈希表来实现Hash对象

当存储的内容是对象的时候，Redis 字符串对象很多功能使用Redis 哈希对象也可以实现，如缓存用户信息的时候，使用 Redis 哈希对象存储，简单直观，如果使用合理可以减少内存空间的使用。

但是也有其缺点，就是要控制哈希在 ziplist 和 hashtable 两种内部编码的转换，hashtable   将会消耗更多的内存。

此外，Hash对象还可以实现购物车和计数器等功能

列表

列表这种对象支持存储一组有序的，且可以重复的数据。因为其有序性，它可以获取指定范围的元素列表，可以在 O(1) 的时间复杂度获取指定索引的下标的元素等。

列表

在 Redis3.2 版本以前列表类型的内部编码有两种。当满足下面两个条件的时候，Redis 列表对象使用 ziplist（压缩列表）来实现。

  • 当列表的元素个数小于 list-max-ziplist-entries 配置（默认512个）

  • 当列表中每个元素的值都小于 list-max-ziplist-value 配置时（默认64字节）

当列表类型无法满足 ziplist 条件时，Redis会使用linkedList作为列表的内部实现。

而在Redis3.2版本开始怼列表数据结构进行改造，使用quickList代替了zipList和linkedList。

由于列表对象的有序且不可重复的特性，它比较适合用来做文章、商品等列表的存储。

列表类型可以lpush（左侧push），同时又可以使用rpop（右侧弹出）个元素，所以列表类型具有先进先出的特性，可以用来实现消息队列，也可以lpush（左侧push）和lpop（左侧弹出），具有后进先出的特性，因此开发中需要使用栈的时候，我们可以使用列表对象来实现。

集合

集合对象是一个无序且的键值集合。它的存储顺序不会按照插入的先后顺序进行存储，与列表不同的是它存储的数据是无序且不重复的。

集合

集合对象的内部编码也有两种，intest（整数集合）与hashtable（哈希表），当满足下面两个条件的时候，集合对象使用intset来实现

  • 集合中的元素都是整数

  • 集合中元素的个数小于 set-maxintset-entries 配置（默认 512 个）

不满足上面两个条件时，集合对象使用hashtable来实现

集合对象的主要两个特性就是：无序，不可重复，支持并交差，因此可以用来做标签系统

而集合中的 SPOP (随机移除并返回集合中一个或多个元素）和 SRANDMEMBER (随机返回集合中一个或多个元素) 命令可以帮助我们实现一个抽奖系统

有序集合

有序集合类型 ( Sorted Set 或 ZSet ) 相比于集合类型多了一个排序属性 score（分值），对于有序集合 ZSet 来说，每个存储元素相当于有两个值组成的，一个是有序结合的元素值，一个是排序值。有序集合保留了集合不能有重复成员的特性(分值可以重复)，但不同的是，有序集合中的元素可以排序。

有序集合

有序集合是由 ziplist (压缩列表)或 skiplist (跳跃表)组成的。

当数据比较少时，有序集合使用的是 ziplist 存储的，有序集合使用 ziplist 格式存储必须满足以下两个条件：

  • 有序集合保存的元素个数要小于 128 个；

  • 有序集合保存的所有元素成员的长度都必须小于 64 字节。

如果不能满足以上两个条件中的任意一个，有序集合将会使用 skiplist 结构进行存储。

有序集合比较典型的使用场景就是排行榜系统例如学生成绩的排名。某视频(博客等)网站的用户点赞、播放排名、电商系统中商品的销量排名等。

小结

Redis 提供了五种基础也是常用的对象(数据类型)：String、Hash、List、Set、ZSet。了解这五种对象的有助于我们更好的在日常开发中对Redis进行使用。

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/k8yN6pqMRM78FkBaXt0rbQ

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