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
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
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说明 |
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|
设置key对应的值为String类型的value，如果key已经存在则返回0 |
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setex |
设置key对应的值为String类型的value，并设定有效期 |
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getrange |
获取key对应value的子字符串 |
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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
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说明 |
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hsetnx |
设置key对应的HashMap中的field的value，如果不存在则先创建 |
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hmset |
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hmget |
批量获取key对应的HashMap中的field的value |
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hincrby |
给key对应的HashMap中的field的value加指定的值 |
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hexits |
测试key对应的HashMap中的field是否存在 |
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hlen |
|
|
hdel |
删除key对应的HashMap中的field |
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hkeys |
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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。
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。
192.168.2.129:6379> 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
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说明 |
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linsert |
在key对应的list的特定元素的前或后插入元素 |
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lset |
设置key对应的list中指定下标元素的值 |
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lrem |
从key对应的list中删除n个和value相同的元素 |
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ltrim |
保留key对应的list中指定范围的元素 |
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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 |
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llen |
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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 class HashSet<E>
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>
192.168.2.129:6379> sinter myset myset2
1) "news3"
192.168.2.129:6379>
（7）其他命令
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说明 |
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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 |
|
|
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
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命令 |
说明 |
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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 |
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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 |
|
获得成员按score值递减(从大到小)排列的排名 |
|
|
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 |
|
|
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/
