牛牛的Redis的学习笔记--第一章

前言

最近闲来无事，入手了一本钱文品老师的《Redis深度历险-核心原理与应用实践》一书，于是便偶尔翻几页学习一下Redis,毕竟用了好几年了，但是一些底层的核心内容一直没有系统的了解过，借此机会也让自己对Redis有个更深得了解吧。现在把第一张的内容进行总结并且记录一下，自己也在下面使用笔记本记录了一些要点，但是笔记本总是放着放着不知道拿哪里去了，搞了在不同的笔记本上东记一些西记一些，这里写个学习笔记，算是归纳整理吧，放在网上，也能跟朋友们交流下。

1、Redis的基础结构：

Redis常用的数据结构分为：

string(字符串)

list（列表）

hash（字典）

set（集合）

zset（有序集合）

Redis特殊的数据结构：

HyperLogLog

BitMap（位图）

布隆过滤器

1、string的相关知识：

1.1、string的基本概念及实现

Redis的字符串时动态字符串，是可以修改的，Redis每次申请字符串空间的时候，是采用预分配冗余空间的方式进行分配的。
其内部字符串分配的空间内存，一定是高于储存的字符串的。如果说字符串小于1M那么每次申请到的内存是储存内存的一倍，
如果字符串大于1M时，那么每次申请都是以1M 进行扩容的。注意：字符串的最大空间（字符串的长度）是512M。
而字符串的底部实现则是以位图实现的，字符串是由多个字符组成的，而一个字符则是由八个位（bit）组成的，
所以一串字符串则是由好多个8位数组组成

1.2、string的相关命令

string相当于键值对，支持简单的增删改查。命令一般有：

单个操作：

• set key

• get key

批量操作：

mset key value key value key value

mget key key key key

> set test 牛牛
OK
> get test
"牛牛"
> mset test0 牛牛 test1 壮壮 test2 瞳瞳
OK
> mget test test0 test1 test2
1) "牛牛"
2) "牛牛"
3) "壮壮"
4) "瞳瞳"
> mget test0 test1 test2
1) "牛牛"
2) "壮壮"
3) "瞳瞳"

设置过期时间：

expire key time

setex key time value

> expire test 1
(integer) 1
> get test
(nil)
> get test1
"壮壮"
> expire test1 1
(integer) 1
> get test1
(nil)

不存在就添加,但是存在就不改变（返回0/1来区分是否添加成功）

setnx key value

> setnx test2 111
(integer) 0
> setnx test3 111
(integer) 1
> get test2
"瞳瞳"
> get test4
(nil)

2、List(列表)的相关知识

Redis的列表相当于java中的LinkedList
(链表还是双向链表 //TODO:根据之前的Demo写一篇链表的博客---20220300),
这意味着Redis中List的插入和删除操作是非常快的，
其时间复杂度位O(1),但是索引的速度确实很慢，时间负责都为O(n)。
Redis的列表有多种用途，
当他从右边进并从左边出的时候，可以看做是队列。
然当他左边进左边出（或者右进右出）的时候可以就可以看成是栈,
而list也可以当作延时队列进行来使用。在一侧添加消息，并在另一侧对消息进行轮询弹出进行处理。

2.1、list的相关命令

推进和弹出

rpush key values

rpop key

lpush key values

lpop key

> rpush listtest C#
(integer) 1
> rpush listtest java
(integer) 2
> rpush listtest php
(integer) 3
> rpush listtest js
(integer) 4
> rpop listtest
"js"
> lpop listtest
"C#"

> rpush tt C# java php
(integer) 3
> rpush tt android node go python
(integer) 7

//push 可添加多个元素

遍历定位

lindex key index

lindex用于对列表进行遍历定位，性能消耗随着index的数值增大而增加。

lindex listtest 0
"java"
> lindex listtest 5
(nil)
> lindex listtest -1
"php"
> lindex listtest 1
"php"

//之前的命令已将 C# 和js 弹出，所以此时列表里只存在两个元素，
在坐标中，-1代表着最后一个元素。也就是最右边的元素（列表是从左到右排列）

截取保留（修剪）:该命令会保留区间内的所有元素，并且删除区间外的所有元素

返回列表元素：返回列表中指定区间内的元素，区间以偏移量 START 和 END 指定。 其中 0 表示列表的第一个元素， 1 表示列表的第二个元素，以此类推。 你也可以使用负数下标，以 -1 表示列表的最后一个元素， -2 表示列表的倒数第二个元素 如果start是0 而end是-1 则返回正向所有元素

//返回列表元素

lrange key start_index end_index

//截取保留

ltrim   key   start_index ;  end_index

> lrange tt 0 -1
1) "C#"
2) "java"
3) "php"
4) "android"
5) "node"
6) "go"
7) "python"

> ltrim tt 2 5
OK

> lrange tt 0 -1
1) "php"
2) "android"
3) "node"
4) "go"

//可以发现从第三个元素到第六个元素还存在于列表中，其他的已经被裁剪掉了

2.2、注意：

Redis的列表并不是普通的链表，而是快速链表（quicklist），首先在元素较少的情况下，列表是使用一块连续的内存进行储存的，这个结构是ziplist(压缩列表)。它将所有的元素都彼此紧挨着一起储存。当数据量比较多的时候，则会改成quicklist进行储存，因为普通的链表需要的附加指针空间太大，会浪费时间，还会加重内存的碎片化，。所以Redis将链表和ziplist结合组成了quicklist,就是将多个ziplist使用双向指针进行串联，既能满足快速的插入删除，又不会出现太大的冗余。

3、hash(哈希表--字典)的相关知识

Redis的hash和C#的Dictionary<,>的结构是一毛一样的。

3.1、hash的命令：

设置和获取

hset key hkey value

hget key heky

获取key下的全部数据

hgetall key

获取key下的二级键值对数量

hlen

设置二级键值对数值计数

hincrby

4、set（集合）的相关知识

Redis的集合其实就是相当于C#中的List<T>具体泛型是什么类型的，需要看具体插入的值（这里泛型仅作比如，具体的类型没啥用）。当集合的最后一个元素被移除后，结构就会被自动删除。内存则会被回收，该结构具有去重的功能，所以一边可用于储存中奖结果名单之类的作用，可以确保用户不会被抽中两次。

4.1、set（集合）的命令

添加和获取元素
<li>sadd key values </li>
<li>smembers key</li>
<br>

判断一个元素是否存在
<li>sismember key value</li>
<br>

查询集合中的元素数量
<li>scard key</li>
<br>

随机弹出一个值
<li>spop key</li>

5、zset（有序集合）的相关知识

Redis的有序集合其实和集合的区别就是它比集合多了个score（权重概念），而集合中的元素，可以根据score的变化，进行排序，
其内部实现用的是一种叫做“跳跃列表”的数据结构。同样的有序集合中最后一个元素被移除的时候数据结构就会被删除，内存就会被回收，有序集合通常用于储存 粉丝列表，用value来保存用户Id,用score来记录关注时间（时间戳），也可储存学生的成绩，value储存学生的id,score储存成绩，个人猜测：微信的步数列表、附近的人，应该是用这个进行储存的。

5.1、zset（有序集合）的命令

添加和获取元素
<li>zadd key score values </li>

按照权重正向排出区间内的元素
<li>zrange key start_index end_index</li>
<br>

按照权重逆向排出区间内的元素
<li>zrevrange key start_index end_index</li>
<br>

查询集合中的元素数量
<li>zcard key</li>
<br>

获取指定value的权重
<li>zscore key value</li>
<br>

获取指定value的排名
<li>zrank key value</li>
<br>

获取权重区间内的元素
<li>zrangebyscore key start_score end_score</li>
<br>

删除一个值
<li>zrem key</li>

Redis的数据结构类型及其通用规则

1、容器类型数据结构

在Redis中 list、set、hash、zset 这四种数据结构属于容器行数据结构，他们均有一下两条通用规则<br>
<li>一、如果容器不存在就创建一个，再进行操作。</li>
<li>二、如果最后一个元素被取出或者删除了，那么容器就会消失，内存回收释放。

Redis的过期时间

 Redis的所有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，但是过期时间是以对象为单位的，所以hash并不能对某个二级key设置过期时间，还有就是如果一个字符串设置了过期时间，那么如果再次调用set命令的话过期时间会消失。

位图的应用场景及使用方式

刚听说位图的时候，觉得这是一块很难懂的玩意，又是bit又是字符串的，但是当潜下心来了解的时候发现其实一点都不难，Redids的字符串，每个英文字母是一个字节，而一个字节是八个bit,而一个字符串就是一堆以八个bit为一组的数组，每个bit不是1就是0，也可以看作非真即假，这个时候，我们可以把这个玩意儿用于储存比如内日签到记录，或者每日登记之类的场景，因为是否签到，就是非真即假，签到了我们就存个1，没签到我们就存个0。这样一年的签到记录也就是个45个字的字符串。。。。
位图的命令也很简单

• setbit key offset value
• getbit key offset

> set h h
OK
> getbit h 0
0
> getbit h 1
1
> getbit h 2
1
> getbit h 3
0
> getbit h 4
1
> getbit h 5
0
> getbit h 6
0
> getbit h 7
0

// 01101000

/*
使用py解析下h的二进制编码
>>> bin(ord('h'))
'01101000'
>>>
*/

可以发现一毛一样，不过！！
正常的二进制是从高位到地位的， 也就是说py解析出来的八个数字。其实是
76543210以这样排列，但是Redis中位图则是从低到高进行排列的。
所以跟正常的二进制刚好是相反的01234567
接下来我们可以通过位图添加出一个字符

setbit t 0 0
0
> setbit t 1 1
0
> setbit t 2 1
0
> setbit t 3 0
0
> setbit t 4 1
0
> setbit t 5 0
0
> setbit t 6 0
0
> setbit t 7 0
0
> get t
"h"

> bitcount h
3
//上面这个命令则是统计这个Key的位图里有几个1，意味着位图如果使用到签到场景的话，可以统计整个记录里面签到多少次。如果指定了参数范围，则可以查看这个范围内的签到次数，但是注意，指定的范围，只能是8的倍数，而不能任意指定。

思考：

常用的数据存储中，我们针对一个完整的结构，是直接存储json还是分开存储属性？比如用户信息。我们是把整个用户信息进行存储还是以用户id为命名空间，下面存储各个信息的单独属性。