Redis的数据结构及用法

本文最后更新于 2025年2月17日

未完待续

一、概述

Redis的数据结构指的是Value的数据结构类型，Key都是字符串。

以往版本常用的数据结构有String、List、Hash、Set、ZSet，Redis进化过程中又陆陆续续推出了GEO、HyperLogLog、Bitmap、Bitfleid、Stream这几种更加高级的数据结构，截止到目前的7.x版本，Redis共有10大数据结构。

Redis官网的介绍：https://redis.io/commands

二、String 字符串

2.1 概述

String是最常用的数据类型，一个key对应一个value。
String是二进制安全的，可以包含任何数据（例如图片和序列化对象），支持序列化。
单个Value最大512MB。

2.2 用法

命令行下输入help @<type>命令，redis服务器会返回该数据类型的所有用法

127.0.0.1:6379> help @string

  APPEND key value
  summary: Appends a string to the value of a key. Creates the key if it doesn't exist.
  since: 2.0.0

  DECR key
  summary: Decrements the integer value of a key by one. Uses 0 as initial value if the key doesn't exist.
  since: 1.0.0

  DECRBY key decrement
  summary: Decrements a number from the integer value of a key. Uses 0 as initial value if the key doesn't exist.
  since: 1.0.0

  GET key
  summary: Returns the string value of a key.
  since: 1.0.0

  GETDEL key
  summary: Returns the string value of a key after deleting the key.
  since: 6.2.0

  GETEX key [EX seconds|PX milliseconds|EXAT unix-time-seconds|PXAT unix-time-milliseconds|PERSIST]
  summary: Returns the string value of a key after setting its expiration time.
  since: 6.2.0

  GETRANGE key start end
  summary: Returns a substring of the string stored at a key.
  since: 2.4.0

  GETSET key value
  summary: Returns the previous string value of a key after setting it to a new value.
  since: 1.0.0

  INCR key
  summary: Increments the integer value of a key by one. Uses 0 as initial value if the key doesn't exist.
  since: 1.0.0

  INCRBY key increment
  summary: Increments the integer value of a key by a number. Uses 0 as initial value if the key doesn't exist.
  since: 1.0.0

  INCRBYFLOAT key increment
  summary: Increment the floating point value of a key by a number. Uses 0 as initial value if the key doesn't exist.
  since: 2.6.0

  LCS key1 key2 [LEN] [IDX] [MINMATCHLEN min-match-len] [WITHMATCHLEN]
  summary: Finds the longest common substring.
  since: 7.0.0

  MGET key [key ...]
  summary: Atomically returns the string values of one or more keys.
  since: 1.0.0

  MSET key value [key value ...]
  summary: Atomically creates or modifies the string values of one or more keys.
  since: 1.0.1

  MSETNX key value [key value ...]
  summary: Atomically modifies the string values of one or more keys only when all keys don't exist.
  since: 1.0.1

  PSETEX key milliseconds value
  summary: Sets both string value and expiration time in milliseconds of a key. The key is created if it doesn't exist.
  since: 2.6.0

  SET key value [NX|XX] [GET] [EX seconds|PX milliseconds|EXAT unix-time-seconds|PXAT unix-time-milliseconds|KEEPTTL]
  summary: Sets the string value of a key, ignoring its type. The key is created if it doesn't exist.
  since: 1.0.0

  SETEX key seconds value
  summary: Sets the string value and expiration time of a key. Creates the key if it doesn't exist.
  since: 2.0.0

  SETNX key value
  summary: Set the string value of a key only when the key doesn't exist.
  since: 1.0.0

  SETRANGE key offset value
  summary: Overwrites a part of a string value with another by an offset. Creates the key if it doesn't exist.
  since: 2.2.0

  STRLEN key
  summary: Returns the length of a string value.
  since: 2.2.0

  SUBSTR key start end
  summary: Returns a substring from a string value.
  since: 1.0.0

127.0.0.1:6379>

2.2.1 SET, GET

语法：

[ ]是可选的参数

SET key value [NX | XX] [GET] [EX seconds | PX milliseconds | EXAT unix-time-seconds | PXAT unix-time-milliseconds | KEEPTTL]

SET命令有EX、PX、NX、XX以及KEEPTTL五个可选参数，其中KEEPTTL为6.0版本添加的可选参数，其它为2.6.12版本添加的可选参数。

EX seconds 以秒为单位设置过期时间
PX milliseconds 以毫秒为单位设置过期时间
EXAT timestamp 设置以秒为单位的UNIX时间戳所对应的时间为过期时间
PXAT milliseconds-timestamp 设置以毫秒为单位的UNIX时间戳所对应的时间为过期时间
NX 键不存在的时候设置键值
XX 键存在的时候设置键值
KEEPTTL 保留设置前指定键的生存时间
GET 返回指定键原本的值，若键不存在时返回nil

SET命令使用EX、PX、NX参数，其效果等同于SETEX、PSETEX、SETNX命令。根据官方文档的描述，未来版本中SETEX、PSETEX、SETNX命令可能会被淘汰。

EX，NX可用于分布式锁。

案例：最常用的set/get

127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> get k1
"v1"

案例：NX，键不存在才能创建，否则不能创建

127.0.0.1:6379> set k1 v1 nx
OK
127.0.0.1:6379> set k1 v1 nx
(nil)

案例：XX，已存在的才创建，否则不能创建

127.0.0.1:6379> set k1 v1 
OK
127.0.0.1:6379> set k1 v1 xx
OK
127.0.0.1:6379> get k2
(nil)
127.0.0.1:6379> set k2 v2 xx
(nil)

案例：GET，设置新的值前先把旧的值返回

127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k1 v2 get
"v1"

案例：EX，10秒过期

127.0.0.1:6379> set k1 v1 ex 10
OK
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) 8
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) 6
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) 4

set ex是原子操作，和先set key value然后expire key是不同的，后者不是原子的

案例：PX，9000毫秒过期

127.0.0.1:6379> set k1 v1 px 9000
OK
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) 7
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) 5
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) 4

案例：KEEPTTL

同一个key如果设置了新的值，又没有追加过期时间，redis会令其立即过期

127.0.0.1:6379> set k1 v1 ex 40
OK
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) 37
127.0.0.1:6379> set k1 v2
OK
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) -1

如果需要续接过期时间，就需要用到参数KEEPTTL，设置新值后，过期时间会被续接下来

127.0.0.1:6379> set k1 v1 ex 50  
OK
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) 46
127.0.0.1:6379> set k1 v1 keepttl
OK
127.0.0.1:6379> ttl k1
(integer) 33

2.2.2 MSET, MGET, MSETNX

案例：MSET同时设置和获取多个值

127.0.0.1:6379> mset k1 v1 k2 v2 k3 v3
OK
127.0.0.1:6379> mget k1 k2 k3
1) "v1"
2) "v2"
3) "v3"

案例 MSETNX，同时设置多个key的值，且key不存在才设置，只会同时成功或同时失败

失败，因为k1已经存在，k1没有成功修改，k2也根本存不进去

127.0.0.1:6379> flushdb
OK
127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> msetnx k1 a1 k2 v2
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get k1
"v1"
127.0.0.1:6379> get k2
(nil)

成功，k1，k2都不存在，全部添加成功

127.0.0.1:6379> flushdb
OK
127.0.0.1:6379> msetnx k1 v1 k2 v2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> mget k1 k2
1) "v1"
2) "v2"

2.2.3 GETRANGE，SETRANGE

GETRANGE，类似Java中的substring()，字符串截取， 0到-1代表不截取

案例：

127.0.0.1:6379> set k1 abcdefg
OK
127.0.0.1:6379> getrange k1 0 -1
"abcdefg"
127.0.0.1:6379> getrange k1 1 4
"bcde"

SETRANGE，从第几个字符开始设置新的内容

案例：

127.0.0.1:6379> set k1 abcdefg
OK
127.0.0.1:6379> setrange k1 1 xxyy
(integer) 7
127.0.0.1:6379> get k1
"axxyyfg"

2.2.4 INCR(BY)，DECR(BY)

数值的加减，值一定要是数字才能进行这个操作

案例：INCR，每次执行加1

127.0.0.1:6379> set k1 100
OK
127.0.0.1:6379> get k1
"100"
127.0.0.1:6379> incr k1
(integer) 101
127.0.0.1:6379> incr k1
(integer) 102
127.0.0.1:6379> incr k1
(integer) 103
127.0.0.1:6379> incr k1
(integer) 104

案例：INCRBY，修改步长为5

127.0.0.1:6379> set k1 0
OK
127.0.0.1:6379> incrby k1 5
(integer) 5
127.0.0.1:6379> incrby k1 5
(integer) 10
127.0.0.1:6379> incrby k1 5

案例：DECR，递减1，DECRBY同理

127.0.0.1:6379> set k1 100
OK
127.0.0.1:6379> decr k1
(integer) 99
127.0.0.1:6379> decr k1
(integer) 98
127.0.0.1:6379> decr k1
(integer) 97

127.0.0.1:6379> set k1 100
OK
127.0.0.1:6379> decrby k1 5
(integer) 95
127.0.0.1:6379> decrby k1 5
(integer) 90
127.0.0.1:6379> decrby k1 5
(integer) 85

2.2.5 STRLEN

字符串长度

语法

strlen key

案例

127.0.0.1:6379> set k1 aaa
OK
127.0.0.1:6379> strlen k1
(integer) 3

2.2.6 APPEND

字符串追加

语法

APPEND key value

案例

127.0.0.1:6379> set k1 aaa
OK
127.0.0.1:6379> append k1 bbb
(integer) 6
127.0.0.1:6379> get k1
"aaabbb"

2.2.7 GETSET

getset，顾名思义，先取值在设置新的值进去，和set <key> <value> get命令相同

127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> getset k1 v2
"v1"
127.0.0.1:6379> get k1
"v2"

2.3 小结

字符串是一个最基本的数据结构，可用于分布式锁，点赞数量统计等场景。

三、List 列表

3.1 概述

List是简单的字符串列表，单key多个value，按照插入顺序排序。
支持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端链表，用在栈，队列，消息队列等场景，左右都可以插入，如果键不存在创建新的链表，键已存在，则新增内容，如果值全被移除了，对应的键也就消失了。
最多可以包含2³²-1个元素 (4294967295, 每个列表超过40亿个元素)。

3.2 用法

3.2.1 PUSH

3.2.1 POP

3.3 小结

四、Hash 哈希表

Hash是一个String类型的field(字段)和value(值)的映射表，Hash特别适合用于存储对象。
每个Hash可以存储2³²-1个键值对 (40多亿)。

五、Set 集合

Set是String类型的无序集合，集合成员是唯一的，这就意味着集合中不能出现重复的数据，集合对象的编码可以是intset或者hashtable。
Set是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。
Set中最大的成员数为2³²-1 (4294967295,每个集合可存储40多亿个成员)。

六、ZSet(SortedSet) 有序集合

ZSet和Set一样也是String类型元素的集合，且不允许重复的成员，不同的是ZSet每个元素都会关联一个double类型的分数，Redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。
ZSet的成员是唯一的，但分数(score)却可以重复。
ZSet集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，査找的复杂度都是O(1)。
ZSet集合中最大的成员数为2³²-1。

七、GEO 地理空间

GEO主要用于存储地理位置信息，并对存储的信息进行操作，包括

添加地理位置的坐标
获取地理位置的坐标
计算两个位置之间的距离
根据用户给定的经纬度坐标来获取指定范围内的地理位置集合

八、HyperLogLog 基数统计

HyperLogLog是用来做基数统计的算法，HyperLogLog的优点是，在输入元素的数量或者体积非常非常大时，计算基数所需的空间总是固定且是很小的。

在Redis里面，每个HyperLogLog键只需要花费12KB内存，就可以计算接近2⁶⁴个不同元素的基数，这和计算基数时，元素越多耗费内存就越多的集合形成鲜明对比。

但是，因为HyperLogLog只会根据输入元素来计算基数，而不会储存输入元素本身，所以HyperLogLog不能像集合那样，返回输入的各个元素。

九、Bitmap 位图

由0和1状态表现的二进制位的bit数组（数组里每个元素只能是0或1）。

十、Bitfleid 位域

通过bitfield命令可以一次性操作多个比特位域(指的是连续的多个比特位)，它会执行一系列操作并返回一个响应数组，这个数组中的元素对应参数列表中的相应操作的执行结果。

说白了就是通过bitfield命令我们可以一次性对多个比特位域进行操作。

十一、Stream 流

Redis Stream是Redis 5.0版本新增加的数据结构。

Redis Stream主要用于消息队列(MQ，Message Queue)，Redis本身是有一个Redis发布订阅(pub/sub)来实现消息队列的功能，但它有个缺点就是消息无法持久化，如果出现网络断开、Redis宕机等，消息就会被丢弃，简单来说发布订阅(pub/sub)可以分发消息，但无法记录历史消息。

而Redis Stream提供了消息的持久化和主备复制功能，可以让任何客户端访问任何时刻的数据，并且能记住每一个客户端的访问位置，还能保证消息不丢失。