基本简介作者：幻好
来源： 恒生LIGHT云社区
Redis 是什么？
Redis 是互联网技术领域使用最为广泛的存储中间件，它是「Remote Dictionary Service」的首字母缩写，也就是「 远程字典服务 」。Redis 以其超高的性能、完美的文档、 简洁易懂的源码和丰富的客户端库支持在开源中间件领域广受好评。 国内外很多大型互联网 公司都在使用 Redis，比如 Twitter、YouPorn、暴雪娱乐、Github、StackOverflow、腾讯、 阿里、京东、华为、新浪微博等等，很多中小型公司也都有应用。也可以说，对 Redis 的了 解和应用实践已成为当下中高级后端开发者绕不开的必备技能。 Redis 可以用来做什么？
「Redis 是一个开源（BSD许可）的，内存中的数据结构存储系统，它可以用作 数据库 、 缓存 和 消息中间件 。 它 支持多种类型的数据结构 ，如 字符串（strings）， 散列（hashes）， 列表（lists）， 集合（sets）， 有序集合（sorted sets） 与范围查询， bitmaps， hyperloglogs 和 地理空间（geospatial） 索引半径查询。 Redis 内置了 复制（replication），LUA脚本（Lua scripting）， LRU驱动事件（LRU eviction），事务（transactions） 和不同级别的 磁盘持久化（persistence）， 并通过 Redis哨兵（Sentinel）和自动 分区（Cluster）提供高可用性（high availability）。 Redis 可以做什么？
Redis 的业务应用范围非常广泛，以博客社区的功能模块为实例：
记录帖子的 点赞数 、 评论数 和 点击数 (hash)。 记录用户的帖子 ID 列表 (排序) ，便于快速显示用户的帖子列表 (zset)。 记录帖子的 标题、摘要、作者和封面 信息，用于列表页展示 (hash)。 记录帖子的点赞用户 ID 列表，评论 ID 列表，用于 显示和去重计数 (zset)。 缓存 近期热帖 内容 (帖子内容空间占用比较大)，减少数据库压力 (hash)。 Redis 的下载安装
参考网站： http://www.redis.cn/download.html 基础数据结构
Redis 有 5 种基础数据结构，分别为：**string **(字符串)、**list **(列表)、**hash **(哈 希)、**set **(集合) 和 **zset **(有序集合)。熟练掌握这 5 种基本数据结构的使用是 Redis 知识最基础也最重要 的部分。
字符串（string） -string 的基本概念
字符串 string 是 Redis 最简单的数据结构。Redis 所有的数据结构都是以唯一的 key 字符串作为名称，然后通过这个唯一 key 值来获取相应的 value 数据。不同类型的数据结 构的差异就在于 value 的结构不一样。
-string 的应用
字符串结构使用非常广泛，一个常见的用途就是缓存用户信息。我们将用户信息结构体使用 JSON 序列化成字符串，然后将序列化后的字符串塞进 Redis 来缓存。同样，取用户信息会经过一次反序列化的过程。 -string 的结构原理
Redis 的字符串是动态字符串，是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于 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。
如图中所示，内部为当前字 符串实际分配的空间 capacity 一般要高于实际字符串长度 len 。当字符串长度小于 1M 时， 扩容都是加倍现有的空间，如果超过 1M，扩容时一次只会多扩 1M 的空间。需要注意的是 字符串最大长度 为 512M 。
字符串是由多个字节组成，每个字节又是由 8 个 bit 组成，如此便可以将一个字符串看 成很多 bit 的组合，这便是 bitmap「位图」数据结构。
-string 的 *** 作命令基本命令： set 、 get 、 exists 、 del 批量命令： mset 、 mget 其他命令： expire 、 setex 、 setnx 、 incr 、 incrby
如果 value 值是一个整数，可以对它进行自增 *** 作。自增是有范围的，它的范围是 signed long 的最大最小值，超过了这个值，Redis 会报错。 列表（list） -list 的基本概念
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。这意味着 list 的插入和删除 *** 作非常快，时间复杂度为 O(1)，但是索引定位很慢，时间复杂度为 O(n)。 当列表d出了最后一个元素之后，该数据结构自动被删除，内存被回收。 -list 的应用
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 的列表，另一个线程从这个列表中轮询数据进行处理。 -list 的结构原理
如果再深入一点，会发现 Redis 的列表底层存储的还不是一个简单的 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 ，也即是 压缩列表 。它将所有的元素紧挨着一起存储，分配的是一块连续的内存。
当 列表元素比较多 时候会改成 quicklist 。因为普通的链表需要的附加指针空间太大，会比较浪费空间，而且会加重内存的碎片化。比如这个列表里存的只是 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。这样既满足了快速的插入删除性能，又不会出现太大的空间冗余。
-list 的 *** 作命令常用命令： rpush 、 lpush 、 rpop 、 lpop 查询命令： llen 、 lrange 、 lindex 、 ltirm 哈希/字典（hash） -hash 的基本概念
Redis 的字典相当于 Java 语言里面的 HashMap ，它是无序字典。内部实现结构上同 Java 的 HashMap 也是一致的，同样的数组 + 链表二维结构。 -hash 的结构原理
第一维 hash 的数组位置碰撞时，就会将碰撞的元素使用链表串连接起来。
不同的是，Redis 的字典的值只能是字符串，另外它们 rehash 的方式不一样，因为 Java 的 HashMap 在字典很大时， rehash 是个耗时的 *** 作，需要一次性全部 rehash 。Redis 为了高性能，不能堵塞服务，所以采用了渐进式 rehash 策略。
渐进式 rehash 会在 rehash 的同时，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中以及 hash 的子指令中，循序渐进地将旧 hash 的内容 一点点迁移到新的 hash 结构中。
当 hash 移除了最后一个元素之后，该数据结构自动被删除，内存被回收。
hash 也有缺点， hash 结构的存储消耗要高于单个字符串，到底该使用 hash 还是字符 串，需要根据实际情况再三权衡。
-hash 的应用hash 结构也可以用来存储用户信息，不同于字符串一次性需要全部序列化整个对象， hash 可以对用户结构中的每个字段单独存储。 当我们需要获取用户信息时可以进行部分获取。而以整个字符串的形式去保存用户信息的话就只能一次性全部读取，这样就会比较浪费网络流量。 -hash 的 *** 作命令
常用命令： hset 、 hget 、 hgetall 、 hlen 、 hmet 其他命令： hincr 、 hincrbu 集合（set） -set 的基本概念
Redis 的集合相当于 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字典，字典中所有的 value 都是一个值 NULL 。 当集合中最后一个元素移除之后，数据结构自动删除，内存被回收。 -set 的应用
set 结构可以用来存储活动中奖的用户 ID，因为有去重功能，可以保证同一个用户不会中奖两次。 -set 的 *** 作命令
常用命令： sadd 、 smembers 、 sismember 、 scard 、 spop -set 的结构原理
集合对象 set 是 string 类型（整数也会转换成string类型进行存储）的无序集合。注意集合和列表的区别：集合中的元素是无序的，因此不能通过索引来 *** 作元素；集合中的元素不能有重复。 编码
集合对象的编码可以是 intset 或者 hashtable 。 intset 编码的集合对象使用整数集合作为底层实现，集合对象包含的所有元素都被保存在整数集合中。 hashtable编码的集合对象使用 字典作为底层实现，字典的每个键都是一个字符串对象，这里的每个字符串对象就是一个集合中的元素，而字典的值则全部设置为 null。这里可以类比Java集合中HashSet集合的实现. HashSet 集合是由HashMap来实现的，集合中的元素就是 HashMap 的key，而 HashMap 的值都设为 null。 编码转换
当集合同时满足以下两个条件时，使用 intset 编码：
集合对象中所有元素都是整数 集合对象所有元素数量不超过512 不能满足这两个条件的就使用 hashtable 编码。第二个条件可以通过配置文件的 set-max-intset-entries 进行配置。 有序集合（zset） -zset 的基本概念
zset 可能是 Redis 提供的最为特色的数据结构，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 value 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。它的内部实现用的是一种叫着「 跳跃列表 」的数据结构。 zset 中最后一个 value 被移除后，数据结构自动删除，内存被回收。 -zset 的应用
zset 可以用来存 粉丝列表， value 值是粉丝的用户 ID， score 是关注时间。我们可以对粉丝列表按关注时间进行排序。 zset 还可以用来存储学生的成绩， value 值是学生的 ID， score 是他的考试成绩。我们 可以对成绩按分数进行排序就可以得到他的名次。 -zset 的 *** 作命令
常用命令： zadd 、 zrange 、 zrevrange 、 zcard 、 zscore 、 zrank 、 zrangebyscore -zset 的结构原理
有序集合对象是有序的 。与列表使用索引下标作为排序依据不同，有序集合为每个元素设置一个分数（score）作为排序依据。 编码
有序集合的编码可以是 ziplist 或者 skiplist 。 ziplist 编码的有序集合对象使用压缩列表作为底层实现，每个集合元素使用两个紧挨在一起的压缩列表节点来保存，第一个节点保存元素的成员，第二个节点保存元素的分值。 并且压缩列表内的集合元素按分值从小到大的顺序进行排列，小的放置在靠近表头的位置，大的放置在靠近表尾的位置。 skiplist 编码的有序集合对象使用zset结构作为底层实现，一个zset结构同时包含一个字典和一个跳跃表**：** 字典的键保存元素的值，字典的值则保存元素的分值；跳跃表节点的object属性保存元素的成员，跳跃表节点的score属性保存元素的分值。 这两种数据结构会通过指针来共享相同元素的成员和分值，所以不会产生重复成员和分值，造成内存的浪费。 编码转换
当有序集合对象同时满足以下两个条件时，对象使用 ziplist 编码：
保存的元素数量小于128； 保存的所有元素长度都小于64字节； 不能满足上面两个条件的使用 skiplist 编码。 以上两个条件可以通过Redis配置文件 zset-max-ziplist-entries 选项和 zset-max-ziplist-value 进行修改。 容器型数据结构 通用规则
list/set/hash/zset 这四种数据结构是容器型数据结构，它们共享下面两条通用规则：
create if not exists
如果容器不存在，那就创建一个，再进行 *** 作。比如 rpush *** 作刚开始是没有列表的， Redis 就会自动创建一个，然后再 rpush 进去新元素 drop if no elements
如果容器里元素没有了，那么立即删除元素，释放内存。这意味着 lpop *** 作到最后一 个元素，列表就消失了。 过期时间
Redis 所有的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。 需要注意的是过期是以对象为单位，比如一个 hash 结构的过期是整个 hash 对象的过期， 而不是其中的某个子 key 。 特别注意的地方是如果一个字符串已经设置了过期时间，然后你调用了 set 方法修改了它，它的过期时间会消失。
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