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

技术杂谈 勤劳的小蚂蚁 2个月前 (01-11) 56次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

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’’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’’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‘’,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
192.168.2.129:6379setnx name lisi

(integer) 0

192.168.2.129:6379setnx name1 wangwu

(integer) 1

192.168.2.129:6379get name

zhangsan

192.168.2.129:6379get 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
192.168.2.129:6379mget name name1

1) “zhangsan

2) “wangwu

192.168.2.129:6379mget 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
192.168.2.129:6379get age

“20”

192.168.2.129:6379incr age

(integer) 21

192.168.2.129:6379set age1 “20”

OK

192.168.2.129:6379get age1

“20”

192.168.2.129:6379incr age1

(integer) 21

192.168.2.129:6379incrby 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
192.168.2.129:6379decr age

(integer) 23

192.168.2.129:6379decrby age 3

(integer) 20

192.168.2.129:6379>
(6)其他命令
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
192.168.2.129:6379hset myhash name zhangsan

(integer) 1

192.168.2.129:6379hset myhash age 20

(integer) 1

192.168.2.129:6379hget myhash name

zhangsan

192.168.2.129:6379hget myhash age

“20”

192.168.2.129:6379>
(3)hgetall——获取key对应的HashMap中的所有field的value
192.168.2.129:6379hgetall myhash

1) “name

2) “zhangsan

3) “age

4) “20”

192.168.2.129:6379>
(4)其它命令
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。
192.168.2.129:6379lpush newlist news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379lrange newlist 0 -1

1) “news3

2) “news2

3) “news1

192.168.2.129:6379lpop newlist

news3

192.168.2.129:6379lrange 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。
192.168.2.129:6379rpush newlist2 news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379lrange newlist2 0 -1

1) “news1

2) “news2

3) “news3

192.168.2.129:6379rpop 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
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>, Cloneablejava.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。
192.168.2.129:6379sadd myset news1 news2 news3

(integer) 3

192.168.2.129:6379smembers myset

1) “news3

2) “news2

3) “news1

192.168.2.129:6379spop 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
192.168.2.129:6379smembers myset

1) “news3

2) “news2

3) “news1

192.168.2.129:6379sadd myset2 news3 news4 news5

(integer) 3

192.168.2.129:6379smembers myset2

1) “news4

2) “news3

3) “news5

192.168.2.129:6379sdiff 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
192.168.2.129:6379sinter myset myset2

1) “news3

192.168.2.129:6379>
(7)其他命令
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
192.168.2.129:6379zrem myzset one

(integer) 1

192.168.2.129:6379zrange myzset 0 -1 withscores

1) “two

2) “2”

3) “three

4) “3”

192.168.2.129:6379>
(4)其它命令 

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

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