Redis 中的 5 种数据结构精讲(1) - 普京集团电子游戏平台

Linux Redis

Redis 中的 5 种数据结构精讲(1)

2019-01-22
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Redis 中有 5 种数据结构,分别是字符串(String)、哈希(Hash)、列表(List)、集合(Set)和有序集合(Sorted Set),因为使用 Redis 场景的开发中肯定是无法避开这些基础结构的,所以熟练掌握它们也就成了一项必不可少的能力。

字符串类型

字符串是 Red  is 中的最基础的数据结构,我们保存到 Redis 中的 key,也就是键,就是字符串结构的。除此之外,Redis 中其它数据结构也是在字符串的基础上设计的,可见字符串结构对于 Redis 是多么重要。

Redis 中的字符串结构可以保存多种数据类型,如:简单的字符串、JSON、XML、二进制等,但有一点要特别注意:在 Redis 中字符串类型的值最大只能保存 512 MB。

 

命令

下面通过命令了解一下对字符串类型的操作:

 

1.设置值



1

set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]

set 命令有几个非必须的选项,下面我们看一下它们的具体说明:

  • EX seconds:为键设置秒级过期时间

  • PX milliseconds:为键设置毫秒级过期时间

  • NX:键必须不存在,才可以设置成功,用于添加

  • XX:键必须存在,才可以设置成功,用于更新

set 命令带上可选参数 NX 和 XX 在实际开发中的作用与 setnx 和 setxx 命令相同。我们知道 setnx 命令只有当 key 不存在的时候才能设置成功,换句话说,也就是同一个 key 在执行 setnx 命令时,只能成功一次,并且由于 Redis 的单线程命令处理机制,即使多个客户端同时执行 setnx 命令,也只有一个客户端执行成功。所以,基于 setnx 这种特性,setnx 命令可以作为分布式锁的一种解决方案。

而 setxx 命令则可以在安全性比较高的场景中使用,因为 set 命令执行时,会执行覆盖的操作,而 setxx 在更新 key 时可以确保该 key 已经存在了,所以为了保证 key 中数据类型的正确性,可以使用 setxx 命令。

 

2.获取值



1

get key

 

3.批量设置值



1

mset key value

 

4.批量获取值



1

mget key

如果有些键不存在,那么它的值将为 nil,也就是空,并且返回结果的顺序与传入时相同。

 

5.计数



1

incr key

incr 命令用于对值做自增操作,返回的结果分为 3 种情况:

  • 如果值不是整数,那么返回的一定是错误

  • 如果值是整数,那么返回自增后的结果

  • 如果键不存在,那么就会创建此键,然后按照值为 0 自增, 就是返回 1

除了有 incr 自增命令外,Redis 中还提供了其它对数字处理的命令。例如:


1

2

3

4

decr key 自减

incrby kek increment 自增指定数字

decrby key decrement 自减指定数字

incrbyfloat key increment 自增浮点数

 

6.追加值



1

append key value

append 命令可以向字符串尾部追加值。

 

7.字符串长度



1

strlen key

由于每个中文占用 3 个字节,所以 jilinwula 这个键,返回是字符串长度为 12,而不是 4。

 

8.设置并返回原值



1

getset key value

 

9.设置指定位置的字符



1

setrange key offeset value

 

10.获取部分字符串



1

getrange key start end

 

时间复杂度

在 Redis 中执行任何命令时,都有相应的时间复杂度,复杂度越高也就越费时间,所以在执行 Redis 中的命令时,如果要执行的命令复杂度越高,就越要慎重。下面是字符串命令时间复杂度类型表:

命令 时间复杂度
set key value O(1)
get key O(1)
del key O(k) k是键的个数
mset key value O(k) k是键的个数
mget key O(k) k是键的个数
incr key O(1)
decr key O(1)
incrby key increment O(1)
decrby keky increment O(1)
incrbyfloat key iincrement O(1)
append key value O(1)
strlen key O(1)
setrange key offset value O(1)
getrange key start end O(n) n是字符串长度

 

内部编码

在 Redis 中字符串类型的内部编码有 3 种:

  • int:8 个字节的长整型

  • embstr:小于等于 39 个字节的字符串

  • raw:大于 39 个字节的字符串

 

哈希类型

大部分语言基本都提供了哈希类型,如 Java 语言中的 Map 类型及 Python 语言中的字典类型等等。虽然语言不同,但它们基本使用都是一样的,也就是都是键值对结构的。例如:


1

value={{field1, value1}

通过下图可以直观感受一下字符串类型和哈希类型的区别:

Redis 中哈希类型都是键值对结构的,所以要特别注意这里的 value 并不是指 Redis 中 key 的 value,而是哈希类型中的 field 所对应的 value。

 

命令

下面我们还是和介绍字符串类型一样,了解一下 Redis 中哈希类型的相关命令。

 

1.设置值



1

hset key field value

我们看上图执行的命令知道,hset 命令也是有返回值的。如果 hset 命令设置成功,则返回 1,否则返回 0。除此之外 Redis 也为哈希类型提供了 hsetnx 命令。在前文对字符串的介绍中,我们知道 nx 命令只有当 key 不存在的时候,才能设置成功,同样的,hsetnx 命令在 field 不存在的时候,才能设置成功。

 

2.获取值



1

hget key field

我们看 hget 命令和 get 有很大的不同,get 命令在获取的时候,只要写一个名字就可以了,而 hget 命令则要写两个名字,第一个名字是 key,第二个名字是 field。当然 key 或者 field 不存在时,返回的结果都是 nil。

 

3.删除 field



1

hdel key field [field ...]

hdel 命令删除的时候,也会有返回值,并且这个返回就是成功删除 field 的个数。当 field 不存在时,并不会报错,而是直接返回 0。

 

4.计算 field 个数



1

hlen key

hlen 命令返回的就是当前 key 中 field 的个数,如果 key 不存在,则返回 0。

 

5.批量设置或获取 field-value



1

2

hmget key field [field ...]

hmset key field value [field value ...]

hmset 命令和 hmget 命令分别是批量设置和获取值的,hmset 命令没有什么要注意的,但 hmget 命令要特别注意,当我们获取一个不存在的 key 或者不存在的 field 时,Redis 并不会报错,而是返回 nil。并且有几个 field 不存在,则 Redis 返回几个 nil。

 

6.判断 field 是否存在



1

hexists key field

当执行 hexists 命令时,如果当前 key 包括 field,则返回 1,否则返回 0。

 

7.获取所有 field



1

hkeys key

 

8.获取所有 value



1

hvals key

 

9.获取所有的 field-value



1

hgetall key

hgetall 命令会返回当前 key 中的所有 field-value,并按照顺序依次返回。

 

10.计数



1

2

hincrby key field increment

hincrbyfloat key field increment

hincrby 命令和 incrby 命令的使用功能基本一样,都是对值进行增量操作的,唯一不同的就是 incrby 命令的作用域是 key,而 hincrby 命令的作用域则是 field。

 

11.计算 value 的字符串长度



1

hstrlen key field

hstrlen 命令返回的是当前 key 中 field 中字符串的长度,如果当前 key 中没有 field 则返回 0。

 

时间复杂度

命令 时间复杂度
hset key field value O(1)
hget key field O(1)
hdel key field [field …] O(k) ,k是field个数
hlen key O(1)
hgetall key O(n) ,n是field总数
hmget key field [field …] O(k) ,k是field个数
hmset key field value [field value …] O(k) ,k是field个数
hexists key field O(1)
hkeys key O(n) ,n是field总数
hvals key O(n) ,n是field总数
hsetnx key field value O(1)
hincrby key field increment O(1)
hincrbyfloat key field increment O(1)
hstrlen key field O(1)

 

内部编码

Redis 哈希类型的内部编码有两种,它们分别是:

  • ziplist(压缩列表):当哈希类型中元素个数小于 hash-max-ziplist-entries 配置(默认 512 个),同时所有值都小于 hash-max-ziplist-value 配置(默认 64 字节)时,Redis 会使用 ziplist 作为哈希的内部实现。

  • hashtable(哈希表):当上述条件不满足时,Redis 则会采用 hashtable 作为哈希的内部实现。

下面我们通过以下命令来演示一下 ziplist 和 hashtable 这两种内部编码。

当 field 个数比较少并且 value 也不是很大时候 Redis 哈希类型的内部编码为 ziplist:

当 value 中的字节数大于 64 字节时(可以通过 hash-max-ziplist-value 设置),内部编码会由 ziplist 变成 hashtable。

当 field 个数超过 512(可以通过 hash-max-ziplist-entries 参数设置),内部编码也会由 ziplist 变成 hashtable。

由于直接手动创建 512 个 field 不方便,为了更好的验证该功能,我将用程序的方式,动态创建 512 个 field 来验证此功能,下面为具体的代码:


1

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7

8

import redis

r = redis.Redis(host='127.0.0.1', port=6379)

print('Key为【userinfo】的字节编码为【%s】' % r.object('encoding', 'userinfo').decode('utf-8'))

for i in range(1,513):    

    r.hset('userinfo', i, '吉林乌拉')

print('Key为【userinfo】的字节编码为【%s】' % r.object('encoding', 'userinfo').decode('utf-8'))

Key为【userinfo】的字节编码为【ziplist】

Key为【userinfo】的字节编码为【hashtable】

 

列表类型

Redis 中列表类型可以简单地理解为存储多个有序字符串的一种新类型,这种类型除了字符串类型中已有的功能外,还提供了其它功能,如可以对列表的两端插入和弹出元素(在列表中的字符串都可以称之为元素),除此之外还可以获取指定的元素列表,并且还可以通过索引下标获取指定元素等等。下面我们通过下图来看一下 Redis 中列表类型的插入和弹出操作:

下面我们看一下 Redis 中列表类型的获取与删除操作:

Redis 列表类型的特点如下:

  • 列表中所有的元素都是有序的,所以它们是可以通过索引获取的,也就是上图中的 lindex 命令。并且在 Redis 中列表类型的索引是从 0 开始的。

  • 列表中的元素是可以重复的,也就是说在 Redis 列表类型中,可以保存同名元素,如下图所示:

 

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