Redis 五种基础数据结构

字符串

和java中的ArrayList的实现类似。
动态字符串实现，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配。
扩容：字符串长度小于len的时候，扩容都是加倍现有的空间。如果字符串长度超过1MB，扩容一次增加1MB，字符串的最大长度为512MB。
字符串由多个字节组成，每个字节又由8bit组成，如此可以将字符串看很很多bit的组合，这便是bitmap位图的数据结构。

键值对

相当于字典的key和value，支持简单的增删改查操作。

set name hello
get name
exists name
del name

批量键值对

可以对多个字符串进行批量读写

mget name1 name2 name2
mset name1 aaa name2 bbb name3 ccc

过期和set命令扩展

可以对key设置过期时间，到时间会自动删除，这个功能用来控制缓存的失效时间。

set name aaa
get name
expire name 5

setex name 5 aaa
get name

setnx name aaa # 如果name不存在就执行set创建，如果name已经存在，那么创建不成功

计数

如果value值是一个整数，还可以对它进行自增操作。自增有范围，为signed long的最大值和最小值之间，如果超过了这个范围，Redis会报错。

set age 30
incr age

list(列表)

Redis的列表相当于java里面的LinkedList
列表中的每个元素都使用双向指针，串起来可以同时支持前向后向遍历。
当列表弹出了最后一个元素之后，该数据结构被自东删除，内存被回收。

Redis的列表结构常用来做 异步队列使用。 将需要延后处理的任务结构体序列化成字符串，塞进Redis列表，另一个线程从这个列表中轮询数据进行处理。

右边进左边出： 队列

队列是先进先出的数据结构，常用消息排队和异步逻辑处理，它会确保元素的访问顺序性。

rpush books python java golang 
llen books
lpop books

右边进右边出： 栈

栈是先进后出的数据结构，根队列正好相反。拿Redis的列表数据结构来做栈栈使用的业务场景并不多见。

rpush books python java golang
rpop books

慢操作

lindex 相当于java链表的get(int index)方法，它需要对链表进行遍历，性能随着参数index增大而变差。
ltrim和字面上的含义不一样，叫lretain更合适一些，因为ltrim的两个参数start_index和end_index定义了一个区间，在这个区间内的值，ltrim要保留，区间之外的砍掉。
我们可以通过ltrim来实现一个定长的链表。
index可以为负数，index = -1 表示倒数第一个元素。

rpush books python java golang 
lindex books 1
lrange books 0 -1
ltrim books 1 -1

快速列表

Redis底层存储的不是一个简单的linkedList,而是称为“快速链表” (quicklist)的一个结构。
首先在列表元素较少的情况下，会使用一块连续的内存存储，这个结构是ziplist，即压缩列表。
它将所有的元素彼此紧挨着一起存储，分配的是一块连续的内存。
当数据量比较多的时候才会改成quicklist。因为普通的链表需要的附加指针空间太大，会浪费空间，还会加重内存的碎片化。
所以Redis将链表和ziplist结合起来组成了quicklist，也就是将多个ziplist使用双向指针串起来使用。
quicklist既满足了快速的插入删除性能，又不会出现太大的空间冗余。

hash（字典）

Redis的字典相当于java语言里面的HashMap，内部存储了很多键盘值对，实现结构上和java的HashMap是一样的。是“数组+链表”的二维结构。

不同的是，Redis的字典的值只能是字符串，另外它们进行rehash的方式不一样，因为java的HashMap在字典很大时，rehash是个耗时的操作，需要一次性全部rehash。
Redis为了追求高性能，不能阻塞服务，采用了渐进式rehash策略。

渐进式rehash会在rehash的同时，保留新旧两个hash结构。
查询的同时会同时查询两个hash结构，然后在后续的定时任务以及hash操作指令中，循序渐进的将旧hash的内容一点点迁移到新的hash结构中。当搬迁完成了，就会使用新的hash结构取而代之。

当ht[0]移除了最后一个元素之后，该数据结构被自动删除，内存被回收。

hash结构也可以用来存储用户信息，与字符串需要一次性全部序列化整个对象不同，hash可以对用户结构中的每个字段单独存储。这样当我们需要获取用户信息的时候可以部分获取。而以整个字符串的形式去保存用户信息的话，就只能一次性全部读取，就会浪费网络流量。

hash也有缺点，hash结构的存储要高于单个字符串。 所以如何去选择需要去权衡。

hset books java "think in java"
hset books glong "cocurrency in go"
hset books python "python cookbook"
hgetall books
hlen books
hget books java
hmset books java "asdads" python "asdada" golong "asdasdasd"

同字符串一样，hash结构中的单个子key也可以进行计数，它对应的指令是hincrby，和incr的使用方法一样。

hset user-laoqian age 29
hincrby user-laoqian age 1

set(集合)

Redis的集合相当于Java语言里面的HashSet，它内部的键值对是无序的、唯一的。它的内部实现相当于一个特殊的字典，字典中所有的value都是一个值NULL。
当集合中最后一个元素被移除后，数据结构被自动删除，内部被回收。
set 结构可以用来存储某活动中中奖的用户ID，因为有去重功能，可以保证同一个用户不会中奖两次。

sadd books python
smembers books
sismemeber books java
scard books # 获取长度相当于count()， 
spop books 	#弹出

zset(有序列表)

zset可能是Redis提供的最有特色的数据结构。
类似于Java中的SortedSet和HashMap的结合体，一方面它是一个set，保证了内部value的唯一性，另一方面它可以给每个value赋予一个score，代表这个value的排序权重。它的内部实现用的是一种叫做“跳跃链表”的数据结构。

zset中最后一个value被移除后，数据结构被自动删除，内部被回收。
zset可以用来存储粉丝列表，value值是粉丝的用户ID，score是关注时间。我们可以对粉丝列表按关注时间进行排序。
zset还可以用来存储学生对成绩，value值是学生的ID，score是它的考试成绩。我们对成绩按分数进行排序就可以得到他的名次。

zadd books 9.0 "think in java"
zadd books 8.9 "java cocurrency"
zrange books 0 -1 # 按score排序列出，参数区间为排名范围
zrerange books 0 -1 #按score逆序列出，参数区间为排名范围
zcard books # 相当于count()
zsocre books "java cocurrency" #获取制定value的score，内部score使用的是double类型进行存储
zrank books "java cocurrency" # 排名
zrangebyscore books 0 8.91 # 根据分支区间遍历zset
zrem books "java cocurency" # 删除value

跳跃链表

zset内部的排序功能是通过“跳跃列表”数据结构来实现的，它的结构非常特殊也比较复杂。
因为zset要支持随机的插入和删除，所以不使用数组来表示。
需要一个链表按照score值进行排序。这意味着当有新的元素需要插入时，要定位到特定位置的插入点，这样才可以继续保证李娜表是有序的。通常我们使用二分查找来找到插入点，但是二分查找的对象必须是数组，只有数组才可以支持快速位置定位，链表是不能做到的，应该如何？

跳跃列表类似一种层级制：每个团队一个组长，每个部门从很多组长中选出一个作为部长。
最下面的元素会串起来。然后每隔几个元素挑选出一个代表，再将这几个代表使用另一级指针串起来。然后再这些代表里挑出二级代表，再串起来。
“跳跃列表”之所以“跳跃”，是因为内部的元素可能“身兼数职”，同时处于很多个层级中，可以快速再不同层级之间进行“跳跃”。

定位插入点时，先在顶层进行定位，然后下潜到下一级定位，一直下潜到最底层找到合适的位置，将新元素插入。
跳跃链表采取一个随机策略来决定新元素可以兼职到第几层。

位于L0的概略为100%，兼职L1的概率为50%，L2的概率为25%。
只有极少数的元素可以深入到顶层。列表中的元素越多，能够深入的层次就越深，元素进入到顶层的可能性就会越大。

过期时间

Redis所有的数据结构都可以设置过期时间，时间到了，Redis会自动删除相应的对象。过期是以对象为单位的。
如果一个字符串已经设置了过期时间，然后调用set方法修改了它，那么它的过期时间会消失。