分布式缓存技术redis学习(二)——详细讲解redis数据结构(内存模型)以及常用命令

时间:2021-12-14 21:31:49

Redis数据类型

与Memcached仅支持简单的key-value结构的数据记录不同,Redis支持的数据类型要丰富得多,常用的数据类型主要有五种:String、List、Hash、Set和Sorted Set。

Redis数据类型内存结构分析

Redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value。redisObject主要的信息包括数据类型(type)、编码方式(encoding)、数据指针(ptr)、虚拟内存(vm)等。type代表一个value对象具体是何种数据类型,encoding是不同数据类型在redis内部式。

redisObject 对象示意图

下面分别介绍5种数据类型的用法。

String类型

字符串是Redis值的最基础的类型。Redis中使用的字符串是通过包装的,基于c语言字符数组实现的简单动态字符串(simple dynamic string, SDS)一个抽象数据结构。其源码定义如下:

struct sdshdr {

int len; //len表示buf中存储的字符串的长度。

int free; //free表示buf中空闲空间的长度。

char buf[]; //buf用于存储字符串内容。

};

C语言字符串内存结构示意图1

假设上图是”hello”字符串的内存结构,这个时候len=5,free=2那么redis包装后(sds)其长度为:

sizeof(struct sdshdr) + len + free + 1

其中buf的大小为:

len + free + 1

1表示1个字节是用来存储结束符’\0’的。Redis字符串是二进制安全的,因为二进制数据通常会有中间某个字节存储’\0’的这种情况,这意味着一个Redis字符串可以包含任何种类的数据,例如一个JPEG图像或者一个序列化的Ruby对象。二进制是否安全,简单的理解就是能不能在字符串中间有‘\0’,如下图:

C语言字符串内存结构示意图2

对于上图,sds认为这个字符串是“hello world”,而C语言的字符处理函数认为这个字符串是“hello”。

应用场景

String是最常用的一种数据类型,普通的key/value存储都可以归为此类。

常用命令

(1)set——设置key对应的值为String类型的value

(2)get——获取key对应的值

192.168.2.129:6379> setnx name lisi

(integer) 0

192.168.2.129:6379> setnx name1 wangwu

(integer) 1

192.168.2.129:6379> get name

"zhangsan"

192.168.2.129:6379> get name1

"wangwu"

192.168.2.129:6379>

(3)mget——批量获取多个key的值,如果可以不存在则返回nil

192.168.2.129:6379> mget name name1

1) "zhangsan"

2) "wangwu"

192.168.2.129:6379> mget name name1 name2

1) "zhangsan"

2) "wangwu"

3) (nil)

192.168.2.129:6379>

(4)incr && incrby——incr对key对应的值进行加加操作,并返回新的值;incrby加指定值

192.168.2.129:6379> get age

"20"

192.168.2.129:6379> incr age

(integer) 21

192.168.2.129:6379> set age1 "20"

OK

192.168.2.129:6379> get age1

"20"

192.168.2.129:6379> incr age1

(integer) 21

192.168.2.129:6379> incrby age 3

(integer) 24

从上面的结果可以看出,我们对int型的age和string型的age1都能进行incr操作时,

实际上type=string代表value存储的是一个普通字符串,那么对应的encoding可以是raw或者是int,如果是int则代表实际redis内部是按数值型类存储和表示这个字符串的,当然前提是这个字符串本身可以用数值表示,比如"20"这样的字符串,当遇到incr、decr等操作时会转成数值型进行计算,此时redisObject的encoding字段为int。如果你试图对name进行incr操作则报错。

192.168.2.129:6379> incr name

(error) ERR value is not an integer or out of range

(5)decr && decrby——decr对key对应的值进行减减操作,并返回新的值;decrby减指定值

192.168.2.129:6379> decr age

(integer) 23

192.168.2.129:6379> decrby age 3

(integer) 20

192.168.2.129:6379>

(6)其他命令

命令

说明

setnx

设置key对应的值为String类型的value,如果key已经存在则返回0

setex

设置key对应的值为String类型的value,并设定有效期

setrange

设置key对应value的子字符串

getrange

获取key对应value的子字符串

mset

批量设置多个key的值,如果成功表示所有值都被设置,否则返回0表示没有任何值被设置

msetnx

同mset,不存在就设置,不会覆盖已有的key

getset

设置key的值,并返回key旧的值

append

给指定key的value追加字符串,并返回新字符串的长度

strlen

取指定key的value的长度

Hash类型

Hash是一个String类型的field和value之间的映射表,即redis的Hash数据类型的key(hash表名称)对应的value实际的内部存储结构为一个HashMap,因此Hash特别适合存储对象。相对于把一个对象的每个属性存储为String类型,将整个对象存储在Hash类型中会占用更少内存。

Hash 数据类型内部结构示意图

当前HashMap的实现有两种方式:当HashMap的成员比较少时Redis为了节省内存会采用类似一维数组的方式来紧凑存储,而不会采用真正的HashMap结构,这时对应的value的redisObject的encoding为zipmap,当成员数量增大时会自动转成真正的HashMap,此时encoding为ht。

应用场景

用一个对象来存储用户信息,商品信息,订单信息等等。

常用命令

(1)hset——设置key对应的HashMap中的field的value

(2)hget——获取key对应的HashMap中的field的value

192.168.2.129:6379> hset myhash name zhangsan

(integer) 1

192.168.2.129:6379> hset myhash age 20

(integer) 1

192.168.2.129:6379> hget myhash name

"zhangsan"

192.168.2.129:6379> hget myhash age

"20"

192.168.2.129:6379>

(3)hgetall——获取key对应的HashMap中的所有field的value

192.168.2.129:6379> hgetall myhash

1) "name"

2) "zhangsan"

3) "age"

4) "20"

192.168.2.129:6379>

(4)其它命令

命令

说明

hsetnx

设置key对应的HashMap中的field的value,如果不存在则先创建

hmset

批量设置key对应的HashMap中的field的value

hmget

批量获取key对应的HashMap中的field的value

hincrby

给key对应的HashMap中的field的value加指定的值

hexits

测试key对应的HashMap中的field是否存在

hlen

返回key对应的HashMap中的field的数量

hdel

删除key对应的HashMap中的field

hkeys

返回key对应的HashMap中所有的field

hvals

返回key对应的HashMap中所有的field的value

List类型

Redis的List类型其实就是每一个元素都是String类型的双向链表。我们可以从链表的头部和尾部添加或者删除元素。这样的List既可以作为栈,也可以作为队列使用。

List数据结构内部示意图

应用场景

如好友列表,粉丝列表,消息队列,最新消息排行等。

常用命令

(1)lpush——在key对应的list的头部添加一个元素。

(2)lrange——获取key对应的list的指定下标范围的元素,-1表示获取所有元素。

(3)lpop——从key对应的list的尾部删除一个元素,并返回该元素。

192.168.2.129:6379> lpush newlist news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379> lrange newlist 0 -1

1) "news3"

2) "news2"

3) "news1"

192.168.2.129:6379> lpop newlist

"news3"

192.168.2.129:6379> lrange newlist 0 -1

1) "news2"

2) "news1"

192.168.2.129:6379>

从上面的操作可以看出,lpush、lpop从表头操作。

(4)rpush——在key对应的list的尾部添加一个元素。

(5)rpop——从key对应的list的尾部删除一个元素,并返回该元素。

192.168.2.129:6379> rpush newlist2 news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379> lrange newlist2 0 -1

1) "news1"

2) "news2"

3) "news3"

192.168.2.129:6379> rpop newlist2

"news3"

192.168.2.129:6379>

从上面的操作可以看出,rpush、rpop从表尾操作。

(6)其他命令

命令

说明

linsert

在key对应的list的特定元素的前或后插入元素

lset

设置key对应的list中指定下标元素的值

lrem

从key对应的list中删除n个和value相同的元素

ltrim

保留key对应的list中指定范围的元素

rpoplpush

从第一个list的尾部移除一个元素并添加到第二个list的头部

llen

返回key对应的list的长度

lindex

返回key对应的list中index的元素

Set类型

Redis 集合(Set类型)是一个无序的String类型数据的集合,类似List的一个列表,与List不同的是Set不能有重复的数据。实际上,Set的内部是用HashMap实现的,Set只用了HashMap的key列来存储对象。我们来看看java中HashSet的源码:

public class HashSet<E>

extends AbstractSet<E>

implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

{

static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

private transient HashMap<E,Object> map;

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map

private static final Object PRESENT = new Object();

/**

* Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has

* default initial capacity (16) and load factor (0.75).

*/

public HashSet() {

map = new HashMap<>();

}

......

/**

* Returns an iterator over the elements in this set.  The elements

* are returned in no particular order.

*

* @return an Iterator over the elements in this set

* @see ConcurrentModificationException

*/

public Iterator<E> iterator() {

return map.keySet().iterator();

}

可见创建一个HashSet的时候实际上创建了一个HashMap;Set中的元素,只是存放在了底层HashMap的key上,底层HashMap的value列为空,遍历HashSet的时候从HashMap中取出keySet来遍历。

Set底层结构示意图

应用场景

集合有取交集、并集、差集等操作,因此可以求共同好友、共同兴趣、分类标签等。

常用命令

(1)sadd——在key对应的set中添加一个元素。

(2)smembers——获取key对应的set的所有元素。

(3)spop——随机返回并删除key对应的set中的一个元素。

192.168.2.129:6379> sadd myset news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379> smembers myset

1) "news3"

2) "news2"

3) "news1"

192.168.2.129:6379> spop myset

"news3"

192.168.2.129:6379>

(4)sdiff——求给定key对应的set与第一个key对应的set的差集

192.168.2.129:6379> smembers myset

1) "news3"

2) "news2"

3) "news1"

192.168.2.129:6379> sadd myset2 news3 news4 news5

(integer) 3

192.168.2.129:6379> smembers myset2

1) "news4"

2) "news3"

3) "news5"

192.168.2.129:6379> sdiff myset myset2

1) "news1"

2) "news2"

192.168.2.129:6379>

(5)suion——求给定key对应的set并集

192.168.2.129:6379> sunion myset myset2

1) "news3"

2) "news1"

3) "news2"

4) "news4"

5) "news5"

192.168.2.129:6379>

(6)sinter——求给定key对应的set交集

192.168.2.129:6379> sinter myset myset2

1) "news3"

192.168.2.129:6379>

(7)其他命令

命令

说明

srem

删除key对应的set中的一个元素

sdiffstore

求给定key对应的set与第一个key对应的set的差集,并存储到另一个key对应的set中

sinterstore

求给定key对应的set交集,并存储到另一个key对应的set中

suionstore

求给定key对应的set并集,并存储到另一个key对应的set中

somve

从第一个key对应的set中删除指定元素并添加到第二个key对应的set中

scard

返回key对应的set的元素个数

sismember

测试某个元素是否为key对应的set中的元素个数

srandmember

随机返回key对应的set中的一个元素,但不删除元素

SortSet

SortSet顾名思义,是一个排好序的Set,它在Set的基础上增加了一个顺序属性score,这个属性在添加修改元素时可以指定,每次指定后,SortSet会自动重新按新的值排序。

sorted set的内部使用HashMap和跳跃表(SkipList)来保证数据的存储和有序,HashMap里放的是成员到score的映射,而跳跃表里存放的是所有的成员,排序依据是HashMap里存的score。

应用场景

如按时间排序的时间轴。

常用命令

(1)zadd ——在key对应的zset中添加一个元素

(2)zrange——获取key对应的zset中指定范围的元素,-1表示获取所有元素

192.168.2.129:6379> zadd myzset 1 "one" 2 "two" 3 "three"

(integer) 3

192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1

1) "one"

2) "two"

3) "three"

192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1 withscores

1) "one"

2) "1"

3) "two"

4) "2"

5) "three"

6) "3"

192.168.2.129:6379>

(3)zrem——删除key对应的zset中的一个元素

192.168.2.129:6379> zrem myzset one

(integer) 1

192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1 withscores

1) "two"

2) "2"

3) "three"

4) "3"

192.168.2.129:6379>

(4)其它命令

命令

说明

zincrby

如果key对应的zset中已经存在元素member,则对member的score属性加指定的值

zrank

返回key对应的zset中指定member的排名。其中member按score值递增(从小到大);排名以0为底,也就是说,score值最小的成员排名为0

zrevrank

获得成员按score值递减(从大到小)排列的排名

zrevrange

返回有序集key中,指定区间内的成员。其中成员的位置按score值递减(从大到小)来排列

zrangebyscore

返回有序集key中,指定分数范围的元素列表

zcount

返回有序集key中,score值在min和max之间(默认包括score值等于min或max)的成员

zcard

返回key的有序集元素个数

Redis常用命令

键值常用命令

keys/exits/del/expire/ttl/move/persist/randomkey/rename/type

服务器常用命令

ping/echo/select/quit/dbsize/info/config get/flushdb/flushall

这些命令都很容易使用,就不举例说明了。到此,redis的数据类型以及常用命令已经介绍完毕,下一篇我们将学习redis的一些高级特性。

参考文档

http://www.redis.cn/documentation.html

http://blog.csdn.net/tonysz126/article/details/8280696/

原文:

http://www.cnblogs.com/hjwublog/p/5639990.html