Ref:
https://pdai.tech/md/db/nosql-redis/db-redis-introduce.html
https://juejin.cn/post/6844903951502934030
https://blog.csdn.net/meism5/article/details/104245204

概览

首先对 redis 来说，所有的 key（键）都是字符串。我们在谈基础数据结构时，讨论的是存储值的数据类型，主要包括常见的 5 种数据类型，分别是：String、List、Set、Zset、Hash。
image.png

结构类型 结构存储的值 结构的读写能力
String
字符串		 可以是字符串、整数或浮点数 对整个字符串或字符串的一部分进行操作；对整数或浮点数进行自增或自减操作；
List
列表		 一个链表，链表上的每个节点都包含一个字符串 对链表的两端进行 push 和 pop 操作，读取单个或多个元素；根据值查找或删除元素；
Set
集合		 包含字符串的无序集合 字符串的集合，包含基础的方法有看是否存在添加、获取、删除；还包含计算交集、并集、差集等
Hash
散列		 包含键值对的无序散列表 包含方法有添加、获取、删除单个元素
Zset
有序集合		 和散列一样，用于存储键值对 字符串成员与浮点数分数之间的有序映射；元素的排列顺序由分数的大小决定；包含方法有添加、获取、删除单个元素以及根据分值范围或成员来获取元素

数据长度：

  • Strings：一个 String 类型的 value 最大可以存储 512M
  • Lists：元素个数最多为 2^32-1 个，即 4294967295 个
  • Sets：元素个数最多为 2^32-1 个，即 4294967295 个
  • Hashes：键值对个数最多为 2^32-1 个，即 4294967295 个
  • Sorted sets 类型：同 Sets

    String

    String 是 redis 中最基本的数据类型，一个 key 对应一个 value。

常用命令：get、set、incr、decr、mget等。
一个键最大能存储 512MB。

String 类型是二进制安全的，意思是 redis 的 string 可以包含任何数据。如数字，字符串，jpg 图片或者序列化的对象。

  • 图例

下图是一个 String 类型的实例，其中键为 hello，值为 world
image.png
实战场景

  • 缓存： 经典使用场景，把常用信息，字符串，图片或者视频等信息放到 redis 中，redis 作为缓存层，mysql 做持久化层，降低 mysql 的读写压力。
  • 计数器：redis 是单线程模型，一个命令执行完才会执行下一个，同时数据可以一步落地到其他的数据源。
  • session：常见方案 spring session + redis 实现 session 共享。

    List

    Redis 中的 List 其实就是链表（Redis 用双端链表实现 List）。

著作权归https://pdai.tech所有。 链接：https://pdai.tech/md/db/nosql-redis/db-redis-data-types.html
使用 List 结构，我们可以轻松地实现最新消息排队功能（比如新浪微博的 TimeLine）。List 的另一个应用就是消息队列，可以利用 List 的 PUSH 操作，将任务存放在 List 中，然后工作线程再用 POP 操作将任务取出进行执行。

  • 图例

image.png

  • 命令使用 | 命令 | 简述 | 使用 | | —- | —- | —- | | RPUSH | 将给定值推入到列表右端 | RPUSH key value | | LPUSH | 将给定值推入到列表左端 | LPUSH key value | | RPOP | 从列表的右端弹出一个值，并返回被弹出的值 | RPOP key | | LPOP | 从列表的左端弹出一个值，并返回被弹出的值 | LPOP key | | LRANGE | 获取列表在给定范围上的所有值 | LRANGE key 0 -1 | | LINDEX | 通过索引获取列表中的元素。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，以此类推。 | LINEX key index |

  • 使用列表的技巧

    • lpush+lpop=Stack (栈)
    • lpush+rpop=Queue（队列）
    • lpush+ltrim=Capped Collection（有限集合）
    • lpush+brpop=Message Queue（消息队列）
  • 实战场景
    • 微博 TimeLine: 有人发布微博，用 lpush 加入时间轴，展示新的列表信息。
    • 消息队列

      SetE

      Redis 的 Set 是 String 类型的无序集合。集合成员是唯一的，这就意味着集合中不能出现重复的数据。

著作权归https://pdai.tech所有。 链接：https://pdai.tech/md/db/nosql-redis/db-redis-data-types.html
Redis 中集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O (1)。

  • 图例

image.png

  • 命令使用 | 命令 | 简述 | 使用 | | —- | —- | —- | | SADD | 向集合添加一个或多个成员 | SADD key value | | SCARD | 获取集合的成员数 | SCARD key | | SMEMBER | 返回集合中的所有成员 | SMEMBER key member | | SISMEMBER | 判断 member 元素是否是集合 key 的成员 | SISMEMBER key member |

其它一些集合操作，请参考这里 https://www.runoob.com/redis/redis-sets.html

  • 实战场景
    • 标签（tag）, 给用户添加标签，或者用户给消息添加标签，这样有同一标签或者类似标签的可以给推荐关注的事或者关注的人。
    • 点赞，或点踩，收藏等，可以放到 set 中实现

      Hash

      Redis hash 是一个 string 类型的 field（字段） 和 value（值） 的映射表，hash 特别适合用于存储对象。

Redis 的 Hash 实际是内部存储的 value 为一个 HashMap，并提供了直接存取这个 Map 成员的接口，如下图：
数据类型 - 图5

Key 仍然是用户 ID, value 是一个 Map，这个 Map 的 key 是成员的属性名，value 是属性值，这样对数据的修改和存取都可以直接通过其内部 Map 的 Key(Redis 里称内部 Map 的 key 为 field), 也就是通过 key(用户ID) + field(属性标签) 就可以操作对应属性数据了，既不需要重复存储数据（key + field），也不会带来反复序列化和并发修改控制的问题。

  • 图例

image.png

  • 实战场景
    • 缓存： 能直观，相比 string 更节省空间，更方便的维护缓存信息，如用户信息，视频信息等。

      Zset

      Redis 有序集合和集合一样也是 string 类型元素的集合，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。redis 正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。

有序集合的成员是唯一的，但分数 (score) 却可以重复。集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O (1)。

  • 图例

image.png

  • 命令使用 | 命令 | 简述 | 使用 | | —- | —- | —- | | ZADD | 将一个带有给定分值的成员添加到哦有序集合里面 | ZADD zset-key 178 member1 | | ZRANGE | 根据元素在有序集合中所处的位置，从有序集合中获取多个元素 | ZRANGE zset-key 0-1 withccores | | ZREM | 如果给定元素成员存在于有序集合中，那么就移除这个元素 | ZREM zset-key member1 |

更多命令请参考这里 https://www.runoob.com/redis/redis-sorted-sets.html

  • 实战场景
    • 排行榜：有序集合经典使用场景。例如小说视频等网站需要对用户上传的小说视频做排行榜，榜单可以按照用户关注数，更新时间，字数等打分，做排行。

跳跃表（skiplist）：有序结构，通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而快速访问节点；
平均 O(logN)、最坏 O(N)。
跳表作为有序集合键的实现：

  • 有序集合的元素较多
  • 有序集合中元素的成员（member）是比较长的字符串

    应用场景

    限时业务的运用

    redis 中可以使用 expire 命令设置一个键的生存时间，到时间后 redis 会删除它。利用这一特性可以运用在限时的优惠活动信息、手机验证码等业务场景。

    计数器相关问题

    redis 由于 incrby 命令可以实现原子性的递增，所以可以运用于高并发的秒杀活动、分布式序列号的生成、具体业务还体现在比如限制一个手机号发多少条短信、一个接口一分钟限制多少请求、一个接口一天限制调用多少次等等。

    分布式锁

    这个主要利用 redis 的 setnx 命令进行，setnx：”set if not exists“ 就是如果不存在则成功设置缓存同时返回 1，否则返回 0 。
    这个特性在俞你奔远方的后台中有所运用，因为我们服务器是集群的，定时任务可能在两台机器上都会运行，所以在定时任务中首先通过 setnx 设置一个 lock， 如果成功设置则执行，如果没有成功设置，则表明该定时任务已执行。
    当然结合具体业务，我们可以给这个 lock 加一个过期时间，比如说 30 分钟执行一次的定时任务，那么这个过期时间设置为小于 30 分钟的一个时间就可以，这个与定时任务的周期以及定时任务执行消耗时间相关。
    在分布式锁的场景中，主要用在比如秒杀系统等。

    延时操作

    比如在订单生产后我们占用了库存，10 分钟后去检验用户是否真正购买，如果没有购买将该单据设置无效，同时还原库存。 由于 redis 自 2.8.0 之后版本提供 Keyspace Notifications 功能，允许客户订阅 Pub/Sub 频道，以便以某种方式接收影响 Redis 数据集的事件。 所以我们对于上面的需求就可以用以下解决方案，我们在订单生成时，设置一个 key，同时设置 10 分钟后过期， 我们在后台实现一个监听器，监听 key 的实效，监听到 key 失效时将后续逻辑加上。
    当然我们也可以利用 rabbitmq、activemq 等消息中间件的延迟队列服务实现该需求。

    排行榜相关问题

    关系型数据库在排行榜方面查询速度普遍偏慢，所以可以借助 redis 的 SortedSet 进行热点数据的排序。
    比如点赞排行榜，做一个 SortedSet, 然后以用户的 openid 作为上面的 username, 以用户的点赞数作为上面的 score, 然后针对每个用户做一个 hash, 通过 zrangebyscore 就可以按照点赞数获取排行榜，然后再根据 username 获取用户的 hash 信息，这个当时在实际运用中性能体验也蛮不错的。

    点赞、好友等相互关系的存储

    Redis 利用集合的一些命令，比如求交集、并集、差集等。
    在微博应用中，每个用户关注的人存在一个集合中，就很容易实现求两个人的共同好友功能。

    简单队列

    由于 Redis 有 list push 和 list pop 这样的命令，所以能够很方便的执行队列操作。