读redis官方《A fifteen minute introduction to Redis data types》的笔记

前言

最近在给缓存系统做选型，memcached和redis是目前比较火的；相对而言memcached支持的数据类型比较多单一，使用和运维也比较简单；redis支持多种数据类型，但由于其支持数据持久化，所以在运维方面相对复杂一些。有时间，再深入学习下redis的相关知识，为以后的使用做准备。

本文是我阅读了官方文档《A fifteen minute introduction to Redis data types》（ 点此打开原文）后记下的笔记，以备后用。

笔记

概要

redis不只是一个key-value数据库，ta更是一个支持多种不同数据结构的服务器。redis支持的数据类型包括：

• String--字符串
• List--数组（redis中其实指的是链表）
• Set--集合，即一个key不允许有重复的value
• Sorted Set--排序集合，每一个key-value元素都关联一个浮点数，用来做元素的排序

redis的key

redis的key都是binary-safe的，即key即可以使用“foo”这种字符串，也可以使用JPEG文件内容流！

redis在key的使用上有一些约定，如下：

• 不要使用太长的key。比如一个长度为1024bytes的key既浪费内存，又导致在key的查找时耗费较多的comparison操作
• 不要使用太短的key。最好使用“user:1000:password”作为key，而不要使用“u:1000:pswd”；因为前者可读性更强，而且耗费的空间跟key、value对象本身相比可以忽略不计（当然后者还是能省那么一点点内存的）
• 设计的key最好能够数据库的schema对应。比如使用“object-type:id:field”是个比较好的key的设计策略，像上面的“user:1000:password”就是一个很好的示例。redis官方推荐用逗号作为多词的分割，比如“comment:1234:reply.to”的中replyto

key-string类型

string类型是redis中最简单的key的类型。如果只用这个string类型作为key， 那这个redis跟memcached的使用就完全一样了，只是一个能持久化的memcached。

string类型的key可以用 GET和 SET命令，redis的简单体验可参考 这里（一个try-redis工具）。value类型的值可以是string（或者其他binary-safe数据格式），比如一个jpeg文件。 一个value最大不能超过512M。

INCR命令可将string类型的value解析成为integer，然后自增1，执行INCR命令会返回自增之后的新值。跟INCR命令类似，还有 INCRBY（自增指定值）、 DESR（自减1）、 DECRBY（自减指定值）命令。其实这些命令在redis内部处理流程很类似，只是有少许的不同。

INCR命令是原子性的，即使多个客户端同时对同一个key做INCR操作，也不会导致任何冲突。

还有一个 GETSET命令，作用是SET一个新值，并且返回旧值。一个很好的应用场景就是：系统每隔一小时得到该小时内用户的访问次数，那么在临界时间可以执行GETSET key 0，即可得到上个小时的旧值，同时清0。

key-List类型

redis官方的这个文档提到，很多技术都没有很正确的使用List-链表，比如python中的List类型实际上是array（数组），而不是真正的链表。

List其实就是一个插入有序，并支持重复的element集合。但用array实现的list，和用linkedlist实现的list，在list的属性方面有本质区别。

redis使用linked list来实现的List类型。这就意味了在redis中，添加一个element的时间复杂度是 O(1)的，不会与element总数有关系。在List中添加新element可使用 LPUSH和 RPUSH命令。但linked list实现的List类型，随机读取element时就不如array那么快速了。

redis使用linked list来实现List类型，这样就可以做到在海量数据下插入新element的延迟非常低，另外一个优点就是redis的List类型可以在常量时间内被替换。

学习redis的List类型第一步

LPUSH命令可以向List的左侧（linked list的head方向）添加一个新元素， RPUSH命令向List的右侧（linked list的tail方向）添加一个新元素。 LRANGE命令可获得指定index范围的所有元素。

LRANGE命令使用两个index参数，分别是要返回的第一个和最后一个index。两个index都可以是负值，-1表示最后一个，-2表示倒数第二个。

redis的List类型，内部排序是按照添加的先后顺序，所以可以用来实现消息队列，而这个是不需要Orderby来排序的，所以速度非常快；其还可以使用LRANGE命令来实现分页，非常方便。

例如在一个blog系统中，可以将某个arctile的comment放到一个List里，也是一个好的应用场景。

在List中存储ID而不是原始数据

redis官方不推荐在List中存储整个对象，因为一个对象很有可能多次被redis引用：比如在一个List中按照时间顺序保存对象，在一个Set中保存其属于某个category（分类），在另外一个List中保存着其是满足某些限制条件的。redis推荐的一个更好的方式如下：

$INCR next.news.id
(integer 1)
$SET news:1:title "redis is simple"
OK
$SET news:1:url "http://code.google.com/p/redis"
OK
$lpush submitted.news 1
OK

在上面的例子中，首先通过INCR命令简单得到新news的id，然后用这个ID来构建一个“news:1:”的key的前缀，然后用这个前缀为每个field建立一个<key, value>对象。然后将这个新news的id放入到submitted.news的List中。

可以通过阅读command reference来了解List的其他命令，诸如LPOP、RPOP、LREM（删除元素）、旋转List、读写指定index的元素，以及LLEN命令获取List的长度。

key-Set类型

redis中的Set类型对应的value是未排序的binary-safe的String。 SADD 命令完成向Set中添加一个element。另外还有一些命令可完成 检测一个元素是否存在、多Set间的交集、并集和差别等。例子如下：

$sadd myset 1
(integer) 1
$sadd myset 2
(integer) 1
$sadd myset 3
(integer) 1
$smembers myset
1. 3
2. 1
3. 2

可以看到Set是无序的，所以执行 SMEMBERS 返回的元素列表与插入顺序是无关的。

通过调用SISMEMBER命令来检测某元素是否存在，例子如下：

$sismember myset 3
(integer) 1
$sismember myset 30
(integer) 0

Redis的Set类型很适合用来表示对象之间的关系，比如可以用ta来实现article对应的 tags功能 。如果有一个ID是1000的article有tag1/2/5/77，就可以采用如下方式实现：

$ redis-cli sadd news:1000:tags 1
(integer) 1
$ redis-cli sadd news:1000:tags 2
(integer) 1
$ redis-cli sadd news:1000:tags 5
(integer) 1
$ redis-cli sadd news:1000:tags 77
(integer) 1
$ redis-cli sadd tag:1:objects 1000
(integer) 1
$ redis-cli sadd tag:2:objects 1000
(integer) 1
$ redis-cli sadd tag:5:objects 1000
(integer) 1
$ redis-cli sadd tag:77:objects 1000
(integer) 1

如果要获得指定对象的所有tag，就可以执行：

$ redis-cli smembers news:1000:tags
1. 5
2. 1
3. 77
4. 2

Set还可以实现一些不常用的功能，比如要求获得同时具有tag1/2/10/27的所有对象，那么就可以使用SINTER 命令（即实现多Set的交集）来实现。

$ redis-cli sinter tag:1:objects tag:2:objects tag:10:objects tag:27:objects
... no result in our dataset composed of just one object ;) ...

可以通过阅读 command reference 来了解Set的其他命令，可以发现很多有趣的命令。比如SORT命令就可以对Set类型和List类型做排序操作！

题外话：如何获取String的唯一标识符

在上面的tags例子中，并没有提到tag的ID是如何生成的。每个被加入到系统中的tag，都需要一个唯一标识符；并且要做到多个Client同时添加tag不会出现ID的冲突；同时，如果一个tag的ID已存在，则直接返回；如果不存在，则返回新ID应该生成并与新tag绑定。

redis 1.4版本会加入hash类型，也就可以很方便的实现唯一标识符。在当前redis版本下实现方式如下：

• 为了使key是binary-safe的，所以首先将tag的string值进行SHA1编码，例如：SHA1(tagname)=saljdkfjsaldjflksajdkflksadf
• 检查对应此tagname对应tag的id是否存在，GET tag:saljdkfjsaldjflksajdkflksadf:id
• 如果上一步获得id，则返回给用户；如果没有，则调用INCR next.tag.id来获得一个唯一的ID（比如返回123456）
• 将最新的id与tag进行绑定，SETNX tag:saljdkfjsaldjflksajdkflksadf:id 123456。SETNX可以实现如果此key已经存在，则返回0；设置成功则返回1。这里千万不能使用SET命令
• 如果SETNX命令返回1，则返回的123456就是一个新tag ID；否则调用GET tag:saljdkfjsaldjflksajdkflksadf:id 即可获得tag的新ID

key-Sorted Sets类型

Set类型非常方便，但由于Set完全无序，也导致了一些问题。所以redis 1.2版本引入了Sorted Set类型。ta类似于Set类型，但为每个vaue附加一个浮点型的score作为排序依据，ZRANGE 操作可返回排序的元素列表（与List的LRANGE 命令类似）。

redis的sorted set类型，有点类似与传统db的index。比如在sorted set中加入hacker，用各位hacker的出生年份作为score。

$ redis-cli zadd hackers 1940 "Alan Kay"
(integer) 1
$ redis-cli zadd hackers 1953 "Richard Stallman"
(integer) 1
$ redis-cli zadd hackers 1965 "Yukihiro Matsumoto"
(integer) 1
$ redis-cli zadd hackers 1916 "Claude Shannon"
(integer) 1
$ redis-cli zadd hackers 1969 "Linus Torvalds"
(integer) 1
$ redis-cli zadd hackers 1912 "Alan Turing"
(integer) 1

redis使用了一个skip list和一个hash table来实现sorted set，每次的ZADD操作的时间复杂度都是O(log(N)) 。所以只要执行ZRANGE 命令即可获得已排序的元素列表。

$ redis-cli zrange hackers 0 -1
1. Alan Turing
2. Claude Shannon
3. Alan Kay
4. Richard Stallman
5. Yukihiro Matsumoto
6. Linus Torvalds

redis中有ZREVRANGE 命令 可以获得倒序排列的元素列表。

redis-cli zrevrange hackers 0 -1
1. Linus Torvalds
2. Yukihiro Matsumoto
3. Richard Stallman
4. Alan Kay
5. Claude Shannon
6. Alan Turing

另外一个获得倒序的方法，就是对sorted set调用 SORT 命令。另外一个获得不同排序的方法是同时将每个element添加到多个sorted set中。

sorted set对range的操作

redis的sorted set类型支持对range的操作。比如在上例中，获取在1950年及之前出生的元素列表，可以使用ZRANGEBYSCORE 命令。

$ redis-cli zrangebyscore hackers -inf 1950
1. Alan Turing
2. Claude Shannon
3. Alan Kay

在上例中，redis是返回了负无穷到1950之间的score的元素（包含两个边界）。

redis支持ZREMRANGEBYSCORE 命令，来实现删除在某个range之间的所有元素。

$ redis-cli zremrangebyscore hackers 1940 1960
(integer) 2

在上例中，删除了score在1940和1960之间的所有元素，返回的是删除元素的个数。