--- title: Redis 5 种基本数据结构详解 category: 数据库 tag: - Redis --- 你可以在 Redis 官网上找到 Redis 数据结构非常详细的介绍： - [Redis Data Structures](https://redis.com/redis-enterprise/data-structures/) - [Redis Data types tutorial](https://redis.io/docs/manual/data-types/data-types-tutorial/) 未来随着 Redis 新版本的发布，可能会有新的数据结构出现，通过查阅 Redis 官网对应的介绍，你总能获取到最靠谱的信息。  ## String（字符串） ### 介绍 String 是 Redis 中最简单同时也是最常用的一个数据结构。 String 是一种二进制安全的数据结构，可以用来存储任何类型的数据比如字符串、整数、浮点数、图片（图片的 base64 编码或者解码或者图片的路径）、序列化后的对象。  虽然 Redis 是用 C 语言写的，但是 Redis 并没有使用 C 的字符串表示，而是自己构建了一种 **简单动态字符串**（Simple Dynamic String，**SDS**）。相比于 C 的原生字符串，Redis 的 SDS 不光可以保存文本数据还可以保存二进制数据，并且获取字符串长度复杂度为 O(1)（C 字符串为 O(N)）,除此之外，Redis 的 SDS API 是安全的，不会造成缓冲区溢出。 ### 常用命令 | 命令 | 介绍 | | ------------------------------ | -------------------------------- | | SET key value | 设置指定 key 的值 | | SETNX key value | 只有在 key 不存在时设置 key 的值 | | GET key | 获取指定 key 的值 | | MSET key1 value1 key2 value2 … | 设置一个或多个指定 key 的值 | | MGET key1 key2 ... | 获取一个或多个指定 key 的值 | | STRLEN key | 返回 key 所储存的字符串值的长度 | | INCR key | 将 key 中储存的数字值增一 | | DECR key | 将 key 中储存的数字值减一 | | EXISTS key | 判断指定 key 是否存在 | | DEL key（通用） | 删除指定的 key | | EXPIRE key seconds（通用） | 给指定 key 设置过期时间 | 更多 Redis String 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=string 。 **基本操作** ： ```bash > SET key value OK > GET key "value" > EXISTS key (integer) 1 > STRLEN key (integer) 5 > DEL key (integer) 1 > GET key (nil) ``` **批量设置** ： ```bash > MSET key1 value1 key2 value2 OK > MGET key1 key2 # 批量获取多个 key 对应的 value 1) "value1" 2) "value2" ``` **计数器（字符串的内容为整数的时候可以使用）：** ```bash > SET number 1 OK > INCR number # 将 key 中储存的数字值增一 (integer) 2 > GET number "2" > DECR number # 将 key 中储存的数字值减一 (integer) 1 > GET number "1" ``` **设置过期时间（默认为永不过期）**： ```bash > EXPIRE key 60 (integer) 1 > SETNX key 60 value # 设置值并设置过期时间 OK > TTL key (integer) 56 ``` ### 应用场景 **需要存储常规数据的场景** - 举例 ：缓存 session、token、图片地址、序列化后的对象(相比较于 Hash 存储更节省内存)。 - 相关命令 ： `SET`、`GET`。 **需要计数的场景** - 举例 ：用户单位时间的请求数（简单限流可以用到）、页面单位时间的访问数。 - 相关命令 ：`SET`、`GET`、 `INCR`、`DECR` 。 **分布式锁** 利用 `SETNX key value` 命令可以实现一个最简易的分布式锁（存在一些缺陷，通常不建议这样实现分布式锁）。 ## List（列表） ### 介绍 Redis 中的 List 其实就是链表数据结构的实现。我在 [线性数据结构 :数组、链表、栈、队列](https://javaguide.cn/cs-basics/data-structure/linear-data-structure.html) 这篇文章中详细介绍了链表这种数据结构，我这里就不多做介绍了。 许多高级编程语言都内置了链表的实现比如 Java 中的 `LinkedList`，但是 C 语言并没有实现链表，所以 Redis 实现了自己的链表数据结构。Redis 的 List 的实现为一个 **双向链表**，即可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了部分额外的内存开销。  ### 常用命令 | 命令 | 介绍 | | --------------------------- | ------------------------------------------ | | RPUSH key value1 value2 ... | 在指定列表的尾部（右边）添加一个或多个元素 | | LPUSH key value1 value2 ... | 在指定列表的头部（左边）添加一个或多个元素 | | LSET key index value | 将指定列表索引 index 位置的值设置为 value | | LPOP key | 移除并获取指定列表的第一个元素(最左边) | | RPOP key | 移除并获取指定列表的最后一个元素(最右边) | | LLEN key | 获取列表元素数量 | | LRANGE key start end | 获取列表 start 和 end 之间 的元素 | 更多 Redis List 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=list 。 **通过 `RPUSH/LPOP` 或者 ` LPUSH/RPOP`实现队列** ： ```bash > RPUSH myList value1 (integer) 1 > RPUSH myList value2 value3 (integer) 3 > LPOP myList "value1" > LRANGE myList 0 1 1) "value2" 2) "value3" > LRANGE myList 0 -1 1) "value2" 2) "value3" ``` **通过 `RPUSH/RPOP`或者`LPUSH/LPOP` 实现栈** ： ```bash > RPUSH myList2 value1 value2 value3 (integer) 3 > RPOP myList2 # 将 list的头部(最右边)元素取出 "value3" ``` 我专门画了一个图方便大家理解 `RPUSH` , `LPOP` , `lpush` , `RPOP` 命令：  **通过 `LRANGE` 查看对应下标范围的列表元素** ： ```bash > RPUSH myList value1 value2 value3 (integer) 3 > LRANGE myList 0 1 1) "value1" 2) "value2" > LRANGE myList 0 -1 1) "value1" 2) "value2" 3) "value3" ``` 通过 `LRANGE` 命令，你可以基于 List 实现分页查询，性能非常高！ **通过 `LLEN` 查看链表长度** ： ```bash > LLEN myList (integer) 3 ``` ### 应用场景 **信息流展示** - 举例 ：最新文章、最新动态。 - 相关命令 ： `LPUSH`、`LRANGE`。 **消息队列** Redis List 数据结构可以用来做消息队列，只是功能过于简单且存在很多缺陷，不建议这样做。 相对来说，Redis 5.0 新增加的一个数据结构 `Stream` 更适合做消息队列一些，只是功能依然非常简陋。和专业的消息队列相比，还是有很多欠缺的地方比如消息丢失和堆积问题不好解决。 ## Hash（哈希） ### 介绍 Redis 中的 Hash 是一个 String 类型的 field-value（键值对） 的映射表，特别适合用于存储对象，后续操作的时候，你可以直接修改这个对象中的某些字段的值。 Hash 类似于 JDK1.8 前的 `HashMap`，内部实现也差不多(数组 + 链表)。不过，Redis 的 Hash 做了更多优化。  ### 常用命令 | 命令 | 介绍 | | ----------------------------------------- | -------------------------------------------------------- | | HSET key field value | 设置指定哈希表中指定字段的值 | | HSETNX key field value | 只有指定字段不存在时设置指定字段的值 | | HMSET key field1 value1 field2 value2 ... | 同时将一个或多个 field-value (域-值)对设置到指定哈希表中 | | HGET key field | 获取指定哈希表中指定字段的值 | | HMGET key field1 field2 ... | 获取指定哈希表中一个或者多个指定字段的值 | | HGETALL key | 获取指定哈希表中所有的键值对 | | HEXISTS key field | 查看指定哈希表中指定的字段是否存在 | | HDEL key field1 field2 ... | 删除一个或多个哈希表字段 | | HLEN key | 获取指定哈希表中字段的数量 | 更多 Redis Hash 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=hash 。 **模拟对象数据存储** ： ```bash > HMSET userInfoKey name "guide" description "dev" age "24" OK > HEXISTS userInfoKey name # 查看 key 对应的 value中指定的字段是否存在。 (integer) 1 > HGET userInfoKey name # 获取存储在哈希表中指定字段的值。 "guide" > HGET userInfoKey age "24" > HGETALL userInfoKey # 获取在哈希表中指定 key 的所有字段和值 1) "name" 2) "guide" 3) "description" 4) "dev" 5) "age" 6) "24" > HSET userInfoKey name "GuideGeGe" > HGET userInfoKey name "GuideGeGe" ``` ### 应用场景 **对象数据存储场景** - 举例 ：用户信息、商品信息、文章信息、购物车信息。 - 相关命令 ：`HSET` （设置单个字段的值）、`HMSET`（设置多个字段的值）、`HGET`（获取单个字段的值）、`HMGET`（获取多个字段的值）。 ## Set（集合） ### 介绍 Redis 中的 Set 类型是一种无序集合，集合中的元素没有先后顺序但都唯一，有点类似于 Java 中的 `HashSet` 。当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，Set 是一个很好的选择，并且 Set 提供了判断某个元素是否在一个 Set 集合内的重要接口，这个也是 List 所不能提供的。 你可以基于 Set 轻易实现交集、并集、差集的操作，比如你可以将一个用户所有的关注人存在一个集合中，将其所有粉丝存在一个集合。这样的话，Set 可以非常方便的实现如共同关注、共同粉丝、共同喜好等功能。这个过程也就是求交集的过程。  ### 常用命令 | 命令 | 介绍 | | ------------------------------------- | ----------------------------------------- | | SADD key member1 member2 ... | 向指定集合添加一个或多个元素 | | SMEMBERS key | 获取指定集合中的所有元素 | | SCARD key | 获取指定集合的元素数量 | | SISMEMBER key member | 判断指定元素是否在指定集合中 | | SINTER key1 key2 ... | 获取给定所有集合的交集 | | SINTERSTORE destination key1 key2 ... | 将给定所有集合的交集存储在 destination 中 | | SUNION key1 key2 ... | 获取给定所有集合的并集 | | SUNIONSTORE destination key1 key2 ... | 将给定所有集合的并集存储在 destination 中 | | SDIFF key1 key2 ... | 获取给定所有集合的差集 | | SDIFFSTORE destination key1 key2 ... | 将给定所有集合的差集存储在 destination 中 | | SPOP key count | 随机移除并获取指定集合中一个或多个元素 | | SRANDMEMBER key count | 随机获取指定集合中指定数量的元素 | 更多 Redis Set 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=set 。 **基本操作** ： ```bash > SADD mySet value1 value2 (integer) 2 > SADD mySet value1 # 不允许有重复元素，因此添加失败 (integer) 0 > SMEMBERS mySet 1) "value1" 2) "value2" > SCARD mySet (integer) 2 > SISMEMBER mySet value1 (integer) 1 > SADD mySet2 value2 value3 (integer) 2 ``` - `mySet` : `value1`、`value2` 。 - `mySet2` ： `value2` 、`value3` 。 **求交集** ： ```bash > SINTERSTORE mySet3 mySet mySet2 (integer) 1 > SMEMBERS mySet3 1) "value2" ``` **求并集** ： ```bash > SUNION mySet mySet2 1) "value3" 2) "value2" 3) "value1" ``` **求差集** ： ```bash > SDIFF mySet mySet2 # 差集是由所有属于 mySet 但不属于 A 的元素组成的集合 1) "value1" ``` ### 应用场景 **需要存放的数据不能重复的场景** - 举例：网站 UV 统计（数据量巨大的场景还是 `HyperLogLog`更适合一些）、文章点赞、动态点赞等场景。 - 相关命令：`SCARD`（获取集合数量） 。  **需要获取多个数据源交集、并集和差集的场景** - 举例 ：共同好友(交集)、共同粉丝(交集)、共同关注(交集)、好友推荐（差集）、音乐推荐（差集） 、订阅号推荐（差集+交集） 等场景。 - 相关命令：`SINTER`（交集）、`SINTERSTORE` （交集）、`SUNION` （并集）、`SUNIONSTORE`（并集）、`SDIFF`（交集）、`SDIFFSTORE` （交集）。  **需要随机获取数据源中的元素的场景** - 举例 ：抽奖系统、随机。 - 相关命令：`SPOP`（随机获取集合中的元素并移除，适合不允许重复中奖的场景）、`SRANDMEMBER`（随机获取集合中的元素，适合允许重复中奖的场景）。 ## Sorted Set（有序集合） ### 介绍 Sorted Set 类似于 Set，但和 Set 相比，Sorted Set 增加了一个权重参数 `score`，使得集合中的元素能够按 `score` 进行有序排列，还可以通过 `score` 的范围来获取元素的列表。有点像是 Java 中 `HashMap` 和 `TreeSet` 的结合体。  ### 常用命令 | 命令 | 介绍 | | --------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------ | | ZADD key score1 member1 score2 member2 ... | 向指定有序集合添加一个或多个元素 | | ZCARD KEY | 获取指定有序集合的元素数量 | | ZSCORE key member | 获取指定有序集合中指定元素的 score 值 | | ZINTERSTORE destination numkeys key1 key2 ... | 将给定所有有序集合的交集存储在 destination 中，对相同元素对应的 score 值进行 SUM 聚合操作，numkeys 为集合数量 | | ZUNIONSTORE destination numkeys key1 key2 ... | 求并集，其它和 ZINTERSTORE 类似 | | ZDIFF destination numkeys key1 key2 ... | 求差集，其它和 ZINTERSTORE 类似 | | ZRANGE key start end | 获取指定有序集合 start 和 end 之间的元素（score 从低到高） | | ZREVRANGE key start end | 获取指定有序集合 start 和 end 之间的元素（score 从高到底） | | ZREVRANK key member | 获取指定有序集合中指定元素的排名(score 从大到小排序) | 更多 Redis Sorted Set 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=sorted-set 。 **基本操作** ： ```bash > ZADD myZset 2.0 value1 1.0 value2 (integer) 2 > ZCARD myZset 2 > ZSCORE myZset value1 2.0 > ZRANGE myZset 0 1 1) "value2" 2) "value1" > ZREVRANGE myZset 0 1 1) "value1" 2) "value2" > ZADD myZset2 4.0 value2 3.0 value3 (integer) 2 ``` - `myZset` : `value1`(2.0)、`value2`(1.0) 。 - `myZset2` ： `value2` （4.0）、`value3`(3.0) 。 **获取指定元素的排名** ： ```bash > ZREVRANK myZset value1 0 > ZREVRANK myZset value2 1 ``` **求交集** ： ```bash > ZINTERSTORE myZset3 2 myZset myZset2 1 > ZRANGE myZset3 0 1 WITHSCORES value2 5 ``` **求并集** ： ```bash > ZUNIONSTORE myZset4 2 myZset myZset2 3 > ZRANGE myZset4 0 2 WITHSCORES value1 2 value3 3 value2 5 ``` **求差集** ： ```bash > ZDIFF 2 myZset myZset2 WITHSCORES value1 2 ``` ### 应用场景 **需要随机获取数据源中的元素根据某个权重进行排序的场景** - 举例 ：各种排行榜比如直播间送礼物的排行榜、朋友圈的微信步数排行榜、王者荣耀中的段位排行榜、话题热度排行榜等等。 - 相关命令 ：`ZRANGE` (从小到大排序) 、 `ZREVRANGE` （从大到小排序）、`ZREVRANK` (指定元素排名)。  [《Java 面试指北》](https://www.yuque.com/docs/share/f37fc804-bfe6-4b0d-b373-9c462188fec7) 的「技术面试题篇」就有一篇文章详细介绍如何使用 Sorted Set 来设计制作一个排行榜。  **需要存储的数据有优先级或者重要程度的场景** 比如优先级任务队列。 - 举例 ：优先级任务队列。 - 相关命令 ：`ZRANGE` (从小到大排序) 、 `ZREVRANGE` （从大到小排序）、`ZREVRANK` (指定元素排名)。 ## 参考 - Redis Data Structures ：https://redis.com/redis-enterprise/data-structures/ 。 - Redis Commands ： https://redis.io/commands/ 。 - Redis Data types tutorial：https://redis.io/docs/manual/data-types/data-types-tutorial/ 。 - Redis 存储对象信息是用 Hash 还是 String : https://segmentfault.com/a/1190000040032006