Redis6学习笔记【part2】基本数据类型与常用命令

一.单线程+多路IO复用技术

Redis是单线程+多路IO复用技术。多路复用是指使用一个线程来检查多个文件描述符（Socket）的就绪状态，比如调用 select 和 poll 函数，传入多个文件描述符，如果有一个文件描述符就绪，则返回，否则阻塞直到超时。得到就绪状态后进行真正的操作可以在同一个线程里执行，也可以启动线程执行（比如使用线程池）。

在学习操作系统过后，我们应该对如下概念有非常熟悉的对比。

串行 vs 多线程+锁（memcached） vs 单线程+多路IO复用 (Redis)

Redis 采用单线程+多路IO复用，支持多数据类型，支持持久化，其中单线程+多路IO复用如下图。

图中的 client 和 redis 的关系非常类似操作系统中的假脱机SPOOLING技术，让每个用户在它的视角是独占一台打印机，利用虚拟设备技术，发出打印请求后即可返回自己的进程去做别的事情。

二.Redis的常用指令

redis 默认16个数据库，类似数组下标从0开始，初始默认使用0号库。使用命令 select <dbid> 来切换数据库，如: select 8 。Redis 采用统一密码管理，即所有库同样密码。

查看当前数据库的key的数量 dbsize
清空当前库 flushdb

通杀全部库 flushall

redis常见数据类型操作命令官方文档 http://www.redis.cn/commands.html

键(key)

常用命令	说明
`keys *`	查看当前库所有key (匹配：keys *1)
`exists key`	判断某个key是否存在
`type key`	查看key是什么类型
`del key`	删除指定的key数据
`unlink key`	根据value选择非阻塞删除
`expire key 10`	为给定的key设置过期时间，单位为（秒）
`ttl key`	查看还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期

非阻塞删除：仅将 keys 从 keyspace 元数据中删除，真正的删除会在后续异步操作。而 del 是马上直接删除。

三.常用五大数据类型

1.字符串(string)

String是Redis最基本的类型，一个key对应一个value。一个Redis中字符串value最多可以是512M

String类型是二进制安全的。二进制安全即只要是字符串，都可以被二进制所存储。这意味着Redis的string可以包含任何数据，如jpg图片或者序列化的对象。

常用命令	说明
`set <key> <value>`	添加键值对
`get <key>`	查询对应键值
`append <key> <value>`	将给定的追加到原值的末尾
`strlen <key>`	获得值的长度
`setnx <key> <value>`	只有在 key 不存在时，才能设置 key 的值
`incr <key>`	将 key 中储存的数字值增1（只能对数字值操作，如果为空，新增值为1）
`decr <key>`	将 key 中储存的数字值减1（只能对数字值操作，如果为空，新增值为-1）
`incrby/decrby <key> <步长>`	将 key 中储存的数字值增减，步长自定义。

执行set key value 指令时后面可以跟有修饰语句，来实现特点的功能。

	描述
*NX	数据库中key不存在时，可以将key-value添加数据库
*XX	当数据库中key存在时，可以将key-value添加数据库，与NX参数互斥
*EX	key的超时秒数
*PX	key的超时毫秒数，与EX互斥

其中incr <key>指令具有原子性，原子操作不会被线程调度机制打断。这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch （切换到另一个线程）。

（1）在单线程中，能够在单条指令中完成的操作都可以认为是”原子操作”，因为中断只能发生于指令之间。
（2）在多线程中，不能被其它进程（线程）打断的操作就叫原子操作。

Redis单命令的原子性主要得益于Redis的单线程。

string类型也可以一条指令同时设置多个 key-value对。由于Redis的原子性，有一个设置失败则全部都设置失败。

常用命令	说明
`mset <key1> <value1> <key2> <value2>`	同时设置一个或多个 key-value 对
`mget <key1> <key2> <key3>`	同时获取一个或多个 value
`msetnx <key1> <value1> <key2> <value2>`	同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在。

其他重要常用指令如下：

常用命令	说明
`getrange <key> <起始位置> <结束位置>`	获得值的范围，类似java中的substring（前包，后包）
`setrange <key> <起始位置> <value>`	用覆写所储存的字符串值，从<起始位置>开始(索引从0开始）
`setex <key> <过期时间> <value>`	设置键值的同时，设置过期时间，单位（秒）。
`getset <key> <value>`	以新换旧，设置了新值同时获得旧值。

2.列表(List)

列表用一个词概括就是单键多值，值在键在，值光键亡。Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。它的底层实际是个双向链表，对两端的操作性能很高，通过索引下标的操作中间的节点性能会较差。

列表的常用命令如下。

常用命令	说明
`lpush/rpush <key> <value1> <value2> <value3> ....`	从左边/右边插入一个或多个值
`lpop/rpop <key>`	从左边/右边吐出一个值（值在键在，值光键亡）
`rpoplpush <key1> <key2>`	从列表右边吐出一个值，插到列表左边
`getset <key> <value>`	以新换旧，设置了新值同时获得旧值。
`lrange <key> <start> <stop>` `lrange <key> 0 -1`	按照索引下标获得元素(从左到右) 0左边第一个，-1右边第一个，（0-1表示获取所有元素）
`lindex <key> <index>`	按照索引下标获得元素(从左到右)
`llen <key>`	获得列表长度
`linsert <key> before <value> <newvalue>`	插入值，在的后面插入
`lrem <key> <n> <value>`	从左边删除n个value(从左到右)
`lset <key> <index> <value>`	将列表key下标为index的值替换成value

3.集合(Set)

Redis set对外提供的功能与list类似是一个列表的功能，特殊之处在于set是可以自动排重的，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提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口，这个也是list所不能提供的。

Redis的Set是string类型的无序集合。它底层其实是一个value为null的hash表，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。

常用命令如下。

常用命令	说明
`sadd <key> <value1> <value2> .....`	将一个或多个 member 元素加入到集合 key 中，已经存在的 member 元素将被忽略
`smembers <key>`	取出该集合的所有值
`sismember <key> <value>`	判断集合是否为含有该值，有1，没有0
`scard <key>`	返回该集合的元素个数
`srem <key> <value1> <value2> ....`	删除集合中的某个元素
`spop <key>`	随机从该集合中弹出一个值，会从集合中删除
`srandmember <key> <n>`	随机从该集合中取出n个值，不会从集合中删除
`smove <source> <destination> <value>`	把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合

其他重要指令如下。

常用命令	说明
`sinter <key1> <key2>`	返回两个集合的交集元素
`sunion <key1> <key2>`	返回两个集合的并集元素
`sdiff <key1> <key2>`	返回两个集合的差集元素(key1中的，不包含key2中的)

4.哈希(Hash)

Redis hash 是一个存放键值对的集合，是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象。类似Java里面的Map<String,Object>。

通过 key(用户ID) + field(用户属性) 就可以操作对应属性数据了，既不需要重复存储数据，也不会带来序列化和并发修改控制的问题。

常用命令如下。

常用命令	说明
`hset <key> <field> <value>`	给集合中的键赋值
`hget <key1> <field>`	从集合取出 value
`hmset <key1> <field1> <value1> <field2> <value2>...`	批量设置hash的值
`hexists <key1> <field>`	查看哈希表 key 中，给定域 field 是否存在
`hkeys <key>`	列出该hash集合的所有field
`hvals <key>`	列出该hash集合的所有value
`hincrby <key> <field> <increment>`	为哈希表 key 中的域 field 的值加上增量 1
`hsetnx <key> <field> <value>`	将哈希表 key 中的域 field 的值设置为 value，当且仅当域 field 不存在时可以设置

5.有序集合(Zset,sorted set)

Redis有序集合 zset 与普通集合 set 非常相似，是一个没有重复元素的字符串集合。

不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分（score）,这个评分（score）被用来按照从最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的，但是评分可以是重复的。

因为元素是有序的, 所以你也可以很快的根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素。访问有序集合的中间元素也是非常快的,因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。

常用命令如下。

常用命令	说明
`zadd <key> <score1> <value1> <score2> <value2> …`	将一个或多个 member 元素及其 score 值加入到有序集 key 当中
`zrange <key> <start> <stop> [WITHSCORES]`	返回有序集 key 中，下标在之间的元素
`zrangebyscore <key> <min> <max> [withscores] [limit <offset> <count>]`	返回有序集 key 中，所有 score 值介于 min 和 max 之间(包括等于 min 或 max )的成员。有序集成员按 score 值递增(从小到大)次序排列
`zrevrangebyscore <key> <max> <min> [withscores] [limit <offset> <count>]`	同上，改为从大到小排列。
`zincrby <key> <increment> <value>`	为元素的score加上增量
`zrem <key> <value>`	删除该集合下，指定值的元素
`zcount <key> <min> <max>`	统计该集合，分数区间内的元素个数
`zrank <key> <value>`	返回该值在集合中的排名，从0开始

带 WITHSCORES 关键字，可以让分数一起和值返回到结果集。

带limit <offset> <count>关键字，如 limit 10,20，可以实现从第 10 行开始读取 20 条数据。

四.底层数据结构

1.字符串(string)

String的数据结构为简单动态字符串 (Simple Dynamic String，缩写SDS) 。是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于Java的ArrayList，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配。

如上图所示，内部为当前字符串实际分配的空间capacity一般要高于实际字符串长度len。当字符串长度小于1M时，扩容都是加倍现有的空间，如果超过1M，扩容时一次只会多扩1M的空间。需要注意的是字符串最大长度为512M。

2.列表(List)

List的数据结构为快速链表 quickList ，是一个双向链表。首先在列表元素较少的情况下会使用一块连续的内存存储，这个结构是ziplist，也即是压缩列表。它将所有的元素紧挨着一起存储，分配的是一块连续的内存。当数据量比较多的时候才会改成 quicklist ，因为普通的链表需要的附加指针空间太大，会比较浪费空间。

Redis 将链表和 ziplist 结合起来组成了 quicklist 。也就是将多个 ziplist 使用双向指针串起来使用。这样既满足了快速的插入删除性能，又不会出现太大的空间冗余。

3.集合(Set)

Set数据结构是dict字典，字典是用哈希表实现的。

Java中 HashSet 的内部实现使用的是 HashMap ，只不过所有的 value 都指向同一个对象。Redis的 set 结构也是一样，它的内部也使用 hash 结构，所有的 value 都指向同一个内部值。

4.哈希(Hash)

Hash类型对应的数据结构是两种：ziplist（压缩列表），hashtable（哈希表）。当field-value长度较短且个数较少时，使用ziplist，否则使用hashtable。

5.有序集合(Zset,sorted set)

SortedSet(zset) 是 Redis 提供的一个非常特别的数据结构，一方面它等价于Java的数据结构Map<String,Double>，可以给每一个元素value赋予一个权重score，另一方面它又类似于TreeSet，内部的元素会按照权重score进行排序，可以得到每个元素的名次，还可以通过score的范围来获取元素的列表。

zset底层使用了两个数据结构：

（1）哈希表，hash的作用就是关联元素value和权重score，保障元素value的唯一性，可以通过元素value找到相应的score值。

（2）跳跃表，跳跃表的目的在于给元素value排序，根据score的范围获取元素列表。