Redis 基础数据结构
Reids 所有的数据结构都以唯一的 key 字符串作为名称，然后通过这个唯一的 key 值来获取相应的 value 数据。不同的数据结构差异就在于 value 的结构不一样。
一、Redis 五大数据类型
【1】String（字符串）：String 是 Redis 最基本的类型，一个 key 对应一个 value。String 类型是二进制安全的。意思是 Redis 的 String 可以包含任何数据。一个键最大能存储 512MB。
【2】Hash（哈希）：Hash 是一个键值对集合，类似 Java 里的 Map。Redis 的 Hash 是 一个 String 类型的 filed 和 value 的映射表，hash 特别适合存储对象。
【3】List（列表）：Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序，可以在列表的头部或者尾部插入新的节点。
【4】Set（集合）：Redis 的 Set 是 String 类型的无序集合。集合是通过哈希表（散列表）实现的，所有添加、删除、查找的效率都是一样的。一个集合最多可以包含2^32-1个元素。
【5】Zset（sorted set：有序集合）：Reids Zset 和 Set 一样也是 String 类型元素的结合，且不允许重复的成员。不同的是每个元素都会关联一个 double 类型的分数 score。Redis 正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。Zset 的成员是唯一的，但是分数是可以重复的。
【获得 redis常见数据类型操作命令】：链接
二、Redis 字符串(String)
字符串 String 是 Reids 中最简单的数据结构，如下图所示，它的内部就是一个字符数组。
Reids 的字符串是动态字符串，是可以修改的字符串，内部结构的实现类似于 Java 的 ArrayList，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配，如下图所示：内部为当前字符串分配的实际空间 capacity 一般要高于实际字符串长度 len。需要注意的是字符串最大长度为 512MB。
String 常用命令：支持简单的增删改查操作；
● SET：将字符串值 value 关联到 key。如果 key 已经持有其它值， SET 就覆盖旧值【SET key value】；
● GET：获取某个 key 的 value 值【GET key】；
● MGET：一次获得多个 key 的数据【MGET key1 key2 ...】，节省网络耗时开销；
● MSET：一次设置多个 key 的数据【MSET key1 value1 key2 value2 ...】，节省网络耗时开销；
● EXISTS：判断一个键是否存在，存在返回 1；否则返回 0【EXISTS key】；
● DEL：删除某个 key 或者一些列 key【DEL key1 key2 ...】；
● KEYS：返回匹配的 key 列表（KEYS foo* 指查找 foo 开头的 keys）【KEYS *】；
● RENAME：更改 key 的名字，如果新名字已存在则更改失败【REMANE key1 key2】；
● DBSIZE：返回当前 key 的总数【DBSIZE】；
● EXPIRE：设置某个 key 的过期时间（单位：秒）【EXPIRE key 秒数】；
● TTL：查找某个 key 的过期时间【TTL key】；
● SETEX：设置过期时间，等价于 set+expire 【SETEX key time value】；
● SETNX：如果 key 不存在则执行 set 创建，返回 1。否则不创建返回 0【SETNX key value】
● INCR/DECR/INCRBY/DECRBY：前两个是递增 1 和递减 1 【INCR key】，后两个是指定递增和递减的数字【INCRBY KEY 倍数】。前提是一定要是数字才能进行加减；
三、Redis列表(List)
Redis 的列表相当于 Java 语言里面的 LinkedList，注意它是链表而不是数组。这就意味着 list 的插入和删除操作非常快，时间复杂度为
，但是索引定位很慢，时间复杂度为
，这点让人非常意外，如下图所示，列表中的每个元素都使用双向指针顺序，串起来可以同时支持向前向后遍历。当列表弹出最后一个元素之后，该数据结构被自动删除，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。
List 常用命令：可以通过 push，pop 操作从链表的头部或者尾部添加删除元素。list 既可以用作栈，也可以用作队列。
1）、LPUSH：将一个或多个值插入到列表头部【lpush key value1 [value2 ...]】。
2）、RPUSH：从尾部加入元素（队列）先进先出【rpush key value1 [value2 ...]】。
3）、LPOP：移除并获取列表中的第一个元素【lpop key】
4）、RPOP：移除并获取列表中的最后一个元素【rpop key】
5）、LRANGE：获取列表中指定范围内的元素【lrange key start stop】
6）、LLEN：获取 List 的长度【llen key】
慢操作：lindex 相对于 Java 链表的 get(int index) 方法，它需要对链表进行遍历，性能会随着参数 index 增大而变差。 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 保留，区间之外的统统丢弃掉。我们可以通过 ltrim 实现一个定长的链表，这一点非常有用。index 可以为负数，index=-1表示倒数第一个元素，同理index=-2表示倒数第二个元素。
1）、LINDEX KEY INDEX：获取下标为 index 的元素（ 慎用）；
2）、LRANG KEY START END：根据下标区间获取 value 值；
3）、LTRIM KEY START END：根据下标截取 list，通过 ltrim key 1 0 #表示清空这个列表，因为区间范围长度为负；
快速列表：如果更深入一点，会发现 Redis 底层存储的不是一个简单的 LinkedList，而是称之为 “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，还会增加内存的碎片化，比如某个普通链表里面存的只是 int 类型的数据，结构上还需要两个额外的指针 prev 和 next。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。如下图所示，quicklist 即满足快速的插入删除特性，又不会出现太大的空间冗余。
四、Redis集合(Set)
Redis 的集合Set 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HashMap，HashMap 中所有的 value 都是一个 NULL 值。当集合中最后一个元素被移除后，数据结构被自动删除，内存被回收。
Set 常用命令： Set 对外提供的功能与 List 类似是一个列表的功能，特殊之处在于 set 是可以自动排重的，并且 set 提供了判断某个成员是否在一个 Set 集合内的重要接口。Redis 还为集合提供了求 交集、并集、差集 等操作。基本命令操作如下：
【1】SADD：向集合添加一个或多个成员【sadd key value1[value2...]】。
【2】SISMEMBER：判断集合中是否存在 key 的成员【sismember key value】。
【3】SMEMBERS：返回集合中的所有成员【smembers key】
【4】SUNION：返回所有给定集合的并集【sunion key1 [key2...]】
【5】SINTER：返回所有给定集合的交集【sinter key1 [key2...]】
【6】SDIFF：返回所有给定集合的差集【sinter key1 [key2...]】
五、有序集合(Sorted sets)
Zset 可能是 Redis 提供的最有特色的数据结构，它也是在面试中面试官最爱问的数据结构。它类似于 Java 的 SortedSet 和 HashMap 的结合体，一方面它是一个 set，保证了内部的唯一性，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。它的内部实现使用 “跳跃列表” 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，内存被回收；Redis 有序集合非常适合与那些有序无重复数据的存储，例如：游戏开发中的排行榜、登记榜、经验榜等。如果沿用传统的方式，一般是通过后端的定时任务去跑数据来完成排行榜。这种方法一方面无法满足产品对功能实时性的要求，另一方面也消耗了服务器的资源。
ZSet 常用命令：常用命令如下：
1）、ZADD：向集合中添加一个或多个元素，或者更新已存在的元素【zadd key score1 member1 [score2 member2]】；
2）、ZRANGE：通过索引区间返回有序集合指定的成员【zrange key start stop [WITHSCORES]】；
3）、ZRANK：返回集合中指定成员的索引(下标)【zrank key member】；
4）、ZREM：移除有序集合中一个或多个成员【zrem key member1 [member2 ...]】；
5）、ZREVRANGE：逆向返回有序集中指定区间的成员，通过索引分数从高到低【zrevrange key start stop [WITHSCORES]】；
6）、ZCARD：相当于 count()【zcard key】；
7）、ZSCORE：获取指定 value 的 score【zscore key value】；
8）、ZRANGBYSCORE：根据分值区间遍历 zset【zrangbyscore key start end】
跳跃列表：zset 内部的排序功能是通过“跳跃列表”数据结构来实现，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，所以它不宜使用数组来表示。我们先看一个普通的链表结构：
此链表将按照 score 进行排序，当我们插入一个新元素的时候，要定位到特定的位置，才可以继续保证链表是有序的。通常我们会通过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，链表做不到；因此就出现了跳跃列表数据结构；
跳跃列表就类似一个 B树（层级制），最下面一层所有的元素会串起来。然后每隔几个元素挑选一个代表，再将这几个代表使用另外一个指针串起来。然后在这些代表里再调出二级代表，再串起来。最终形成一个金字塔机构。“跳跃列表”之所以“跳跃”是因为内部元素可能“身兼数职”，比如如下图所示：中间这个元素，同时处于L0、L1和L2层中，可以快速在不同层次之间进行“跳跃”。
定位插入点时，现在顶层进行定位，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，将新元素插进去。那么新元素如何才有机会“身兼数职”呢？跳跃列表采取一种随机策略决定新元素可以兼职到几层。首先位于 L0 层的概率为是 100%，而兼职L1 层的概率有 50%，到L2层的概率 25%，到L3层只有12.5%的概率，一次类推，一直随机到最顶层L31层。绝大多数元素都过不了几层，只有极少数元素可以深入到顶层。列表中的元素越多，够深入的层次就越深，元素能进入到顶层的可能性就会大。
六、哈希(Hash)
Redis 的字典（Hash）相当于 Java 语言里面的 HashMap，它是无序字典，内部存储了很多键值对。实现结构与 Java 的 HashMap 是一样的，都是“数组+链表”（JDK1.7）。不同的是，Redis 的字典值只能是字符串，另外他们 rehash（扩容后需要重新计算hash值，分配地址）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 追求性能，不能堵塞服务，所以采用了渐进式 rehash 策略。渐进式 rehash 会在 rehash 时保留新旧两个 hash 结构，查询时会同时查询两个 hash 结构，然后在后续的定时任务以及 hash 操作指令中，循环渐进地将旧 hash 的内容一点点地迁移到新的 hash 结构中。当迁移完成了，就会使用新的 hash 结构取而代之。
Hash 常用命令：当 hash 移除最后一个元素之后，该数据结构被自动删除，内存被回收。字典常用命令如下：
【1】HSET：将哈希表 key 中的字段 field 的值设为 value【hset key field value】；
【2】HGET：获取存储在哈希表中指定字段的值【hget key field】；
【3】HGETALL：获取哈希表中，指定 key 的所有字段和值【hgetall key】；
【4】HDEL：删除一个或多个哈希表字段【hdel key field1 [field2...]】；
【5】HMSET：同时将多个 field-value（域-值）设置到哈希表 key【hmset key field value [field1 value1 ...]】；
【6】HLEN：获取 key 中存储的元素个数【hlen key】；
七、Hyperloglog
当需要做计数统计场景，都可以使用 hyperloglog，只要允许容错，它有 0.81%的错误率，如果不允许容错，就可以使用 set或者自己的数据类型即可。优点是节省内存：占用的内存是固定的,如果要存数据，hyperloglog存 2^64的数据只需要占用 12kb内存。
