Redis五种数据类型及其底层实现

Redis五种数据类型底层实现

底层实现主要依赖这 8 种数据结构：简单动态字符串（SDS）、LinkedList（双向链表）、Hash Table（哈希表）、SkipList（跳跃表）、Intset（整数集合）、ZipList（压缩列表）、QuickList（快速列表）。

String	List	Hash	Set	Zset
INT，简单动态字符串（SDS）	双向链表（LinkedList）/压缩列表（ZipList）/快速列表（QuickList）	哈希表（Hash Table）、压缩列表（ZipList）	压缩列表（ZipList）、整数集合（Intset）	压缩列表（ZipList）、跳跃表（SkipList）

String

String 是最基本的 key-value 结构，key 是唯一标识，value 是具体的值，value其实不仅是字符串， 也可以是数字（整数或浮点数），value 最多可以容纳的数据长度是 512M。

• 底层实现（Redis5.0）

  • 整型：INT编码
  • 小于44字节的字符串：embstr编码的简单动态字符串
  • 大于44字节：raw编码的简单动态字符串（SDS）
    • SDS 不仅可以保存文本数据，还可以保存二进制数据
    • SDS 获取字符串长度的时间复杂度是 O(1)。
    • Redis 的 SDS API 是安全的，拼接字符串不会造成缓冲区溢出

• 应用场景

  • 缓存对象

    • 直接缓存整个对象的 JSON，命令例子： SET user:1 '{"name":"xiaolin", "age":18}'。
    • 采用将 key 进行分离为 user:ID:属性，采用 MSET 存储，用 MGET 获取各属性值，命令例子： MSET user:1:name xiaolin user:1:age 18 user:2:name xiaomei user:2:age 20。

  • 常规计数：计算访问次数、点赞、转发、库存数量等

  • 分布式锁

    一般而言，还会对分布式锁加上过期时间，分布式锁的命令如下：

    SET lock_key unique_value NX PX 10000
    

    • lock_key 就是 key 键；
    • unique_value 是客户端生成的唯一的标识；
    • NX 代表只在 lock_key 不存在时，才对 lock_key 进行设置操作（如果 key 不存在，则显示插入成功，可以用来表示加锁成功；如果 key 存在，则会显示插入失败，可以用来表示加锁失败。）
    • PX 10000 表示设置 lock_key 的过期时间为 10s，这是为了避免客户端发生异常而无法释放锁。

  • 共享 Session 信息

List

List 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序，可以从头部或尾部向 List 列表添加元素。

列表的最大长度为 2^32 - 1，也即每个列表支持超过 40 亿个元素。

• 底层实现
  • Redis3.2之前：压缩列表+双端链表
    • 压缩列表（列表的元素个数小于 512 个，列表每个元素的值都小于 64 字节）
    • 双端链表
  • Redis3.2之后：快速列表
• 应用场景
  • 消息队列

Hash

Hash 是一个键值对（key - value）集合，其中 value 的形式如： value=[{field1，value1}，...{fieldN，valueN}]。Hash 特别适合用于存储对象。

• 底层实现

  • 压缩列表（当Hash对象中保存的属性的数量小于512个，并且所有键值对的长度都小于64字节时）
  • 哈希表

  在 Redis 7.0 中，压缩列表数据结构已经废弃了，交由 listpack 数据结构来实现了。

• 应用场景

  • 缓存对象

  • 购物车

    添加商品：`HSET cart:{用户id} {商品id} 1`
    添加数量：`HINCRBY cart:{用户id} {商品id} 1`
    商品总数：`HLEN cart:{用户id}`
    删除商品：`HDEL cart:{用户id} {商品id}`
    获取购物车所有商品：`HGETALL cart:{用户id}`
    

Set

Set 类型是一个无序并唯一的键值集合，它的存储顺序不会按照插入的先后顺序进行存储。

一个集合最多可以存储 2^32-1 个元素。概念和数学中个的集合基本类似，可以交集，并集，差集等等，所以 Set 类型除了支持集合内的增删改查，同时还支持多个集合取交集、并集、差集。

• 底层实现

  • 整数集合（Intset）：元素个数不超过512个时

  • 哈希表

• 应用场景

  • 点赞
  • 共同关注
  • 抽奖活动（Set 类型因为有去重功能，可以保证同一个用户不会中奖两次）

Zset

Zset 类型（有序集合类型）相比于 Set 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，一个是有序集合的元素值，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。

• 底层实现

  • 压缩列表（如果有序集合的元素个数小于 128 个，并且每个元素的值小于 64 字节时）

  • 跳表（类似于省市区的划分，可以快速查找）：「多层」的有序链表

  在 Redis 7.0 中，压缩列表数据结构已经废弃了，交由 listpack 数据结构来实现了。

• 应用场景

  • 排行榜
  • 电话、姓名排序