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

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　　文章主目录

• Redis数据类型
  
• Redis常用命令
  
• 参考文档
  

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’\0’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’\0’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‘\0’,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
　　

192.168.2.129:6379> setnx name lisi　　
(integer) 0
　　
192.168.2.129:6379> setnx name1 wangwu
　　
(integer) 1
　　
192.168.2.129:6379> get name
　　
"zhangsan"
　　
192.168.2.129:6379> get 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
　　

192.168.2.129:6379> mget name name1　　
1) "zhangsan"
　　
2) "wangwu"
　　
192.168.2.129:6379> mget 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
　　

192.168.2.129:6379> get age　　
"20"
　　
192.168.2.129:6379> incr age
　　
(integer) 21
　　
192.168.2.129:6379> set age1 "20"
　　
OK
　　
192.168.2.129:6379> get age1
　　
"20"
　　
192.168.2.129:6379> incr age1
　　
(integer) 21
　　
192.168.2.129:6379> incrby 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
　　

192.168.2.129:6379> decr age　　
(integer) 23
　　
192.168.2.129:6379> decrby age 3
　　
(integer) 20
　　
192.168.2.129:6379>
　　


（6）其他命令


命令
说明
  setnx
设置key对应的值为String类型的value，如果key已经存在则返回0
setex
设置key对应的值为String类型的value，并设定有效期
setrange
设置key对应value的子字符串
getrange
获取key对应value的子字符串
mset
批量设置多个key的值，如果成功表示所有值都被设置，否则返回0表示没有任何值被设置
msetnx
同mset，不存在就设置，不会覆盖已有的key
getset
设置key的值，并返回key旧的值
append
给指定key的value追加字符串，并返回新字符串的长度
strlen
取指定key的value的长度



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
　　

192.168.2.129:6379> hset myhash name zhangsan　　
(integer) 1
　　
192.168.2.129:6379> hset myhash age 20
　　
(integer) 1
　　
192.168.2.129:6379> hget myhash name
　　
"zhangsan"
　　
192.168.2.129:6379> hget myhash age
　　
"20"
　　
192.168.2.129:6379>
　　

　　（3）hgetall——获取key对应的HashMap中的所有field的value
　　

192.168.2.129:6379> hgetall myhash　　
1) "name"
　　
2) "zhangsan"
　　
3) "age"
　　
4) "20"
　　
192.168.2.129:6379>
　　

　　（4）其它命令

命令
说明
hsetnx
设置key对应的HashMap中的field的value，如果不存在则先创建
hmset
批量设置key对应的HashMap中的field的value
hmget
批量获取key对应的HashMap中的field的value
hincrby
给key对应的HashMap中的field的value加指定的值
hexits
测试key对应的HashMap中的field是否存在
hlen
返回key对应的HashMap中的field的数量
hdel
删除key对应的HashMap中的field
hkeys
返回key对应的HashMap中所有的field
hvals
返回key对应的HashMap中所有的field的value
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。


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。
　　

192.168.2.129:6379> lpush newlist news1 news2 news3　　
(integer) 3
　　
192.168.2.129:6379> lrange newlist 0 -1
　　
1) "news3"
　　
2) "news2"
　　
3) "news1"
　　
192.168.2.129:6379> lpop newlist
　　
"news3"
　　
192.168.2.129:6379> lrange 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。
　　

192.168.2.129:6379> rpush newlist2 news1 news2 news3　　
(integer) 3
　　
192.168.2.129:6379> lrange newlist2 0 -1
　　
1) "news1"
　　
2) "news2"
　　
3) "news3"
　　
192.168.2.129:6379> rpop 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

命令
说明
linsert
在key对应的list的特定元素的前或后插入元素
lset
设置key对应的list中指定下标元素的值
lrem
从key对应的list中删除n个和value相同的元素
ltrim
保留key对应的list中指定范围的元素
rpoplpush
从第一个list的尾部移除一个元素并添加到第二个list的头部
llen
返回key对应的list的长度
lindex
返回key对应的list中index的元素
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>extends AbstractSet<E>　　implements Set<E>, Cloneable, java.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。
　　

192.168.2.129:6379> sadd myset news1 news2 news3　　
(integer) 3
　　
192.168.2.129:6379> smembers myset
　　
1) "news3"
　　
2) "news2"
　　
3) "news1"
　　
192.168.2.129:6379> spop 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
　　

192.168.2.129:6379> smembers myset　　
1) "news3"
　　
2) "news2"
　　
3) "news1"
　　
192.168.2.129:6379> sadd myset2 news3 news4 news5
　　
(integer) 3
　　
192.168.2.129:6379> smembers myset2
　　
1) "news4"
　　
2) "news3"
　　
3) "news5"
　　
192.168.2.129:6379> sdiff 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
　　

192.168.2.129:6379> sinter myset myset2　　
1) "news3"
　　
192.168.2.129:6379>
　　


（7）其他命令

命令

说明

srem

删除key对应的set中的一个元素

sdiffstore

求给定key对应的set与第一个key对应的set的差集，并存储到另一个key对应的set中

sinterstore

求给定key对应的set交集，并存储到另一个key对应的set中

suionstore

求给定key对应的set并集，并存储到另一个key对应的set中

somve

从第一个key对应的set中删除指定元素并添加到第二个key对应的set中

scard

返回key对应的set的元素个数

sismember

测试某个元素是否为key对应的set中的元素个数

srandmember

随机返回key对应的set中的一个元素，但不删除元素

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
　　

192.168.2.129:6379> zrem myzset one　　
(integer) 1
　　
192.168.2.129:6379> zrange myzset 0 -1 withscores
　　
1) "two"
　　
2) "2"
　　
3) "three"
　　
4) "3"
　　
192.168.2.129:6379>
　　

　　（4）其它命令

命令

说明

zincrby

如果key对应的zset中已经存在元素member，则对member的score属性加指定的值

zrank

返回key对应的zset中指定member的排名。其中member按score值递增(从小到大）；排名以0为底，也就是说，score值最小的成员排名为0

zrevrank

获得成员按score值递减(从大到小)排列的排名

zrevrange

返回有序集key中，指定区间内的成员。其中成员的位置按score值递减(从大到小)来排列

zrangebyscore

返回有序集key中，指定分数范围的元素列表

zcount

返回有序集key中，score值在min和max之间(默认包括score值等于min或max)的成员

zcard

返回key的有序集元素个数

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

http://www.redis.cn/documentation.html

http://blog.csdn.net/tonysz126/article/details/8280696/ redis和memcached区别