Redis 提供了豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型，每種數(shù)據(jù)類(lèi)型都有其獨(dú)特的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和操作方法，可以滿足不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求。下面詳細(xì)介紹 Redis 支持的主要數(shù)據(jù)類(lèi)型及其底層實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)景說(shuō)明其使用。
1. 字符串（String）
介紹：
- Redis 中最基本的鍵值對(duì)類(lèi)型，鍵和值都可以是字符串，值的最大限制為 512MB。
String 類(lèi)型是 Redis 最常用的數(shù)據(jù)類(lèi)型，它支持簡(jiǎn)單的 GET、SET 操作，以及自增、自減、字符串拼接等操作。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：
- 緩存數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)用戶登錄狀態(tài)、Token、配置信息等。
- 計(jì)數(shù)器：通過(guò)
INCR、DECR 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器，比如網(wǎng)站訪問(wèn)量、點(diǎn)贊數(shù)等。 - 分布式鎖：結(jié)合
SETNX 命令，可以用字符串來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的分布式鎖。
底層原理：
- Redis 底層對(duì)字符串使用的是簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串（SDS），它不僅是 C 字符串的封裝，還加入了長(zhǎng)度屬性和空間預(yù)留等優(yōu)化策略。SDS 支持二進(jìn)制安全，可以存儲(chǔ)文本和二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
2. 哈希（Hash）
介紹：
- 哈希是一個(gè)鍵值對(duì)集合，適合存儲(chǔ)對(duì)象。每個(gè)鍵可以有多個(gè)字段，每個(gè)字段都有一個(gè)值。
- 操作包括
HSET、HGET、HDEL 等。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：
- 存儲(chǔ)用戶信息：如用戶 ID 作為鍵，用戶的屬性（姓名、年齡、性別等）作為字段，避免將整個(gè)用戶對(duì)象序列化成字符串。
- 配置項(xiàng)管理：存儲(chǔ)配置項(xiàng)，方便根據(jù)字段名快速訪問(wèn)和更新某個(gè)配置。
底層原理：
- 哈希使用了兩種底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：小數(shù)據(jù)量時(shí)使用壓縮列表（ziplist），大數(shù)據(jù)量時(shí)使用哈希表（hashtable）。壓縮列表可以節(jié)省內(nèi)存，但隨著哈希表的增長(zhǎng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為哈希表，保證查詢效率。
3. 列表（List）
介紹：
- 列表是一個(gè)雙向鏈表，可以從頭部或尾部插入、刪除元素，常用命令包括
LPUSH、RPUSH、LPOP、RPOP 等。 - Redis 支持阻塞操作，如
BLPOP、BRPOP，在沒(méi)有元素時(shí)可以阻塞等待。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：
- 消息隊(duì)列：列表可以作為簡(jiǎn)單的消息隊(duì)列，用
LPUSH 將消息放入隊(duì)列，用 RPOP 或 BRPOP 彈出消息。 - 任務(wù)調(diào)度：異步任務(wù)分發(fā)系統(tǒng)中，可以將任務(wù)放入隊(duì)列中，由多個(gè)消費(fèi)者去消費(fèi)。
底層原理：
- 列表采用雙向鏈表（quicklist）實(shí)現(xiàn)。對(duì)于較短的列表，Redis 會(huì)使用壓縮列表（ziplist）來(lái)節(jié)省內(nèi)存；對(duì)于較長(zhǎng)的列表，則會(huì)采用真正的雙向鏈表來(lái)平衡操作的時(shí)間復(fù)雜度。
4. 集合（Set）
介紹：
- 集合是無(wú)序的、唯一的元素集合，提供類(lèi)似于數(shù)學(xué)集合的操作，支持交集、并集、差集等。
- 常用操作包括
SADD、SREM、SISMEMBER、SMEMBERS、SINTER 等。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：
- 標(biāo)簽系統(tǒng)：如將用戶標(biāo)簽存儲(chǔ)為集合，每個(gè)集合代表一個(gè)用戶群體，方便進(jìn)行集合運(yùn)算，如找出同時(shí)擁有某兩個(gè)標(biāo)簽的用戶。
- 去重功能：在某些場(chǎng)景下（如熱門(mén)搜索詞、訪問(wèn)日志的去重），可以通過(guò)集合的唯一性特性來(lái)避免重復(fù)數(shù)據(jù)。
底層原理：
- 小集合時(shí)使用整數(shù)集合（intset），大集合時(shí)使用哈希表（hashtable）實(shí)現(xiàn)。通過(guò)哈希表的快速查找特性，可以實(shí)現(xiàn) O(1) 的時(shí)間復(fù)雜度來(lái)判斷元素是否存在。
5. 有序集合（Sorted Set）
介紹：
- 有序集合類(lèi)似于集合，但每個(gè)元素關(guān)聯(lián)一個(gè)分?jǐn)?shù)，集合中的元素會(huì)按分?jǐn)?shù)排序。支持的操作包括
ZADD、ZRANGE、ZREM、ZREVRANGE、ZCOUNT 等。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：
- 排行榜：比如游戲中的積分榜，按用戶分?jǐn)?shù)進(jìn)行排名。可以通過(guò)
ZADD 添加玩家及其分?jǐn)?shù)，通過(guò) ZRANGE 獲取排名。 - 延遲任務(wù)：通過(guò)分?jǐn)?shù)設(shè)置任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間，按時(shí)間從集合中取出需要執(zhí)行的任務(wù)。
底層原理：
- 有序集合底層使用的是跳表（Skiplist）和哈希表相結(jié)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，跳表使得有序集合支持快速的范圍查詢和插入操作（時(shí)間復(fù)雜度 O(logN)），而哈希表保證元素的快速定位。
6. 位圖（Bitmaps）
介紹：
- 位圖實(shí)際上是字符串類(lèi)型的擴(kuò)展，可以把字符串看作一系列連續(xù)的二進(jìn)制位，可以對(duì)這些二進(jìn)制位進(jìn)行位操作。支持的命令有
SETBIT、GETBIT、BITCOUNT、BITOP 等。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：
- 用戶簽到系統(tǒng)：用位圖存儲(chǔ)用戶的簽到記錄，每天對(duì)應(yīng)一個(gè) bit，0 表示未簽到，1 表示已簽到。
- 活躍用戶統(tǒng)計(jì)：通過(guò)位圖存儲(chǔ)某一時(shí)間段內(nèi)用戶是否活躍，快速統(tǒng)計(jì)某天有多少活躍用戶。
底層原理：
- 位圖的底層存儲(chǔ)是 Redis 的字符串結(jié)構(gòu)，但位操作是直接針對(duì)每個(gè)二進(jìn)制位，因此能夠在非常緊湊的存儲(chǔ)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的操作，適合海量數(shù)據(jù)場(chǎng)景。
7. HyperLogLog
介紹：
- HyperLogLog 是一種用于基數(shù)統(tǒng)計(jì)的算法，可以用于估算一個(gè)集合中不重復(fù)元素的個(gè)數(shù)，且占用的內(nèi)存空間非常小。
- 常用命令有
PFADD、PFCOUNT。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：
- 獨(dú)立訪客統(tǒng)計(jì)：在網(wǎng)站分析中統(tǒng)計(jì)獨(dú)立訪客（UV），只需為每個(gè)訪客 ID 添加到 HyperLogLog 中，快速得到不重復(fù)用戶數(shù)。
- 大規(guī)模數(shù)據(jù)去重計(jì)數(shù)：用于估算大規(guī)模數(shù)據(jù)中的去重個(gè)數(shù)，如點(diǎn)擊、請(qǐng)求、訪問(wèn)量等。
底層原理：
- HyperLogLog 是一種基數(shù)估計(jì)算法，通過(guò)哈希分布將數(shù)據(jù)映射到位向量中，通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同前綴的最大長(zhǎng)度來(lái)估算基數(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是占用內(nèi)存極小，缺點(diǎn)是只能進(jìn)行估算，存在一定誤差。
8. 地理空間（Geospatial）
介紹：
- Redis 支持存儲(chǔ)地理位置數(shù)據(jù)，并基于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍查詢和距離計(jì)算。常用命令包括
GEOADD、GEODIST、GEORADIUS、GEOHASH 等。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：
- LBS 應(yīng)用：比如打車(chē)應(yīng)用中，存儲(chǔ)司機(jī)和乘客的地理位置，根據(jù)位置計(jì)算距離，匹配最近的車(chē)輛。
- 附近商家搜索：用戶輸入位置后，查詢附近的商家，并根據(jù)距離排序返回。
底層原理：
- Redis 的地理空間數(shù)據(jù)是基于有序集合實(shí)現(xiàn)的，使用
GEOHASH 算法將地理坐標(biāo)編碼為 64 位的整數(shù)，存入有序集合中。通過(guò)對(duì)這些編碼的范圍查詢，可以實(shí)現(xiàn)快速的空間檢索。
9. 流（Streams）
介紹：
Stream 是 Redis 5.0 引入的一種新的數(shù)據(jù)類(lèi)型，支持消息隊(duì)列的功能，類(lèi)似于 Kafka 或者 RabbitMQ，支持消費(fèi)組、消息持久化和自動(dòng)應(yīng)答等特性。常用命令包括 XADD、XREAD、XGROUP、XACK 等。
典型應(yīng)用場(chǎng)景：
- 消息系統(tǒng)：通過(guò)流數(shù)據(jù)類(lèi)型，多個(gè)消費(fèi)者可以從同一個(gè)隊(duì)列中消費(fèi)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)消息分發(fā)和處理。
- 日志系統(tǒng)：可以將日志信息存儲(chǔ)在 Redis 的流中，實(shí)現(xiàn)持久化和實(shí)時(shí)消費(fèi)。
底層原理：
- Stream 是基于壓縮列表和鏈表的結(jié)合體，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較高，可以高效存儲(chǔ)大量的流式數(shù)據(jù)。通過(guò)內(nèi)部維護(hù)的 ID 進(jìn)行排序和管理，使得它適合處理有序的、持續(xù)生成的數(shù)據(jù)流。
總結(jié)
Redis 提供的多種數(shù)據(jù)類(lèi)型，不僅豐富了其在不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的適用性，還能通過(guò)內(nèi)存友好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和高效的算法來(lái)保證性能。在選擇 Redis 數(shù)據(jù)類(lèi)型時(shí)，通常需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求來(lái)匹配合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而最大限度地提升系統(tǒng)性能和資源利用率。
轉(zhuǎn)自https://www.cnblogs.com/lgx211/p/18498695
該文章在 2025/1/13 11:14:16 編輯過(guò)
400 186 1886
