redis 2.key及其命令，value的五种数据类型String List Set Hash Zset及其命令

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一.key
二.value的五种数据类型

一.key

1.1 简介

Redis key值是二进制安全的，即可以用任何二进制序列作为key值，从形如”foo”的简单字符串到一个JPEG文件的内容都可以。空字符串也是有效key值

注：
定义key的规则：
避免太长的键，不仅因为消耗内存，而且在数据中查找这类键值的计算成本很高；
避免太短的键，如使用u:1000:pwd代替user:1000:password，但后者更易阅读，并且由此增加的空间消耗相对于key object和value object本身来说很小；
最好坚持一种模式。如：object-type:id:field

1.2 key

(1) 按模式匹配对应的key

 keys pattern

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(2) 判断key是否存在

exists key

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(3) 查看key的类型

type key

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(4) 删除指定的key

del key

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(5) 根据value选择非阻塞删除

unlink key

仅将keys从keyspace元数据中删除，真正的删除会在后续异步操作

(6) 为给定的key设置过期时间（单位秒）

expire key 10

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(7) 查看key还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期

ttl key

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1.2 redis原子性

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原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch （切换到另一个线程）。
（1）在单线程中，能够在单条指令中完成的操作都可以认为是"原子操作"，因为中断只能发生于指令之间
（2）在多线程中，不能被其它进程（线程）打断的操作就叫原子操作

Redis命令的原子性主要得益于Redis的单线程

二.value的五种数据类型

2.1 String

2.1.1 简介

String是Redis value的最基本类型
String类型是二进制安全的，意味着Redis的string可以包含任何数据，比如jpg图片或者序列化的对象。
String类型是Redis最基本的数据类型，一个Redis中字符串value最多可以是512M
字符串类型的内部编码有3种：int：8个字节的长整型；embstr：小于等于39个字节的字符串；raw：大于39个字节的字符串。

2.1.2 常用命令

(1) 添加键值对

若原来存在，默认会存在覆盖

set   <key> <value>

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NX：当数据库中key不存在时，可以将key-value添加数据库，可用于分布式锁
XX：当数据库中key存在时，可以将key-value添加数据库，与NX参数互斥
EX：key的超时秒数
PX：key的超时毫秒数，与EX互斥
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(2) 查询对应键值

get  <key>

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(3) 将给定的value 追加到原值的末尾

append  <key> <value>

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(4) 获得值的长度

strlen  <key>

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(5) 将 key 中储存的数字值增1

incr  <key>

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INCR 命令将字符串值解析成整型，将其加一，最后将结果保存为新的字符串值，类似的命令有INCRBY, DECR 和 DECRBY，实际上他们在内部就是同一个命令。
INCR是原子操作意味着什么呢？即使多个客户端对同一个key发出INCR命令，也决不会导致竞争的情况。客户端1和客户端2同时读出“10”，二者均对其加到11，然后将新值最终设置为11永远不可能发生，最终的值一定是12。read-increment-set操作完成时，其他客户端不会在同一时间执行任何命令。

(6) 将 key 中储存的数字值减1

decr  <key>

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只能对数字值操作，如果为空，值为-1

(7) 将 key 中储存的数字值增减，自定义步长

incrby / decrby  <key>  <步长>

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(8) 同时设置一个或多个 key-value对

mset  <key1> <value1> <key2> <value2>  .....

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(9) 同时获取一个或多个 value

mget  <key1><key2><key3> .....

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(10) 同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在

msetnx <key1> <value1> <key2> <value2>  .....

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原子性，有一个失败则都失败

(11) 截取字符串，类似java中的substring

getrange  <key> <起始位置> <结束位置>

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(12) 用 value 覆写key所储存的字符串值，从起始位置开始(索引从0开始)

setrange  <key> <起始位置> <value>

(13) 设置键值的同时，设置过期时间，单位秒

setex  <key> <过期时间> <value>

(14) 以新换旧，设置了新值同时获得旧值

getset <key> <value>

如：系统中每当有新用户访问时就用INCR命令操作一个Redis key。若每小时对这个信息收集一次。可使用GETSET给其赋值0并读取原值。

2.1.3 数据结构

String的数据结构为简单动态字符串(Simple Dynamic String,缩写SDS)。采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配。在这里插入图片描述如图中所示，为String类型实际分配的空间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。

2.2 List

2.2.1 简介

单键多值
Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。
Redis lists基于LinkedList实现。这意味着即使在一个list中有数百万个元素，在头部或尾部添加一个元素的操作，其时间复杂度也是常数级别的。用LPUSH 命令在十个元素的list头部添加新元素，和在千万元素list头部添加新元素的速度相同。
相对应的，在数组实现的list中利用索引访问元素的速度极快，而同样的操作在linkedlist实现的list上没有那么快。

所以：如何快速地在很大的列表上添加元素，建议使用List;如果快速访问集合元素很重要，建议使用可排序集合(sorted sets)。

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2.2.2 常用命令

(1) 从左边/右边插入一个或多个值

lpush/rpush  <key> <value1> <value2> <value3> ....

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如：在博客引擎实现中，可为每篇日志设置一个list，推入博客评论

注：
使用LPUSH和RPOP实现生产者和消费者模型，会遇到这种情景：list是空，这时候消费者就需要轮询来获取数据，这样就会增加redis的访问压力、增加消费端的cpu时间，而很多访问都是无用的。为此redis提供了阻塞式访问 BRPOP 和 BLPOP 命令。消费者可以在获取数据时指定如果数据不存在阻塞的时间，如果在时限内获得数据则立即返回，如果超时还没有数据则返回null, 0表示一直阻塞。

(2) 从左边/右边吐出一个值。值在键在，值光键亡

lpop/rpop  <key>

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(3) 从key1列表右边吐出一个值，插到key2列表左边

rpoplpush  <key1> <key2>

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(4) 按照索引下标获得元素(从左到右)

lrange <key><start><stop>

0左边第一个，-1右边第一个，（0 -1表示获取所有）

如新闻网站,可以把每个新提交的链接添加到一个list，用LRANGE可简单的对结果分页。

(5) 按照索引下标获得元素(从左到右)

lindex <key> <index>

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(6) 获得列表长度

llen <key>

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(7) 在 value的前面或后面插入 newvalue

linsert <key>  before/after <value><newvalue>

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(8) 从左到右删除n个value

lrem <key><n><value>

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(9) 将列表key下标为index的值替换成value

lset<key><index><value>

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2.2.3 数据结构

List的数据结构为快速链表quickList
首先在列表元素较少的情况下使用ziplist，即压缩列表。它将所有的元素紧挨在一起存储，分配的是一块连续的内存。当数据量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，需要两个额外的指针prev和next。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。

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2.3 Set

2.3.1 简介

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,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，这个也是list所不能提供的。
Redis的Set是string类型的无序集合,底层其实是一个value为null的hash表，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1) ，O(1)，数据增加，查找数据的时间不变

2.3.2 常用命令

(1) 将一个或多个 member 元素加入到集合 key 中，已经存在的 member 元素将被忽略

sadd <key><value1><value2> .....

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(2) 取出该集合的所有值

smembers <key>

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(3) 判断集合key是否为含有该value值，有1，没有0

sismember <key><value>

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(4) 返回该集合的元素个数

scard<key>

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(5) 删除集合中的某个元素

srem <key><value1><value2> ....

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(6) 随机从该集合中吐出n个值

spop <key> [n]

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(7) 随机从该集合中取出n个值，不会从集合中删除

srandmember <key> [n]

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(8) 把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合

smove <source> <destination> value

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(9) 返回两个集合的交集元素

sinter <key1> <key2>

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(10) 返回两个集合的并集元素

sunion <key1><key2>

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(11) 返回两个集合的差集元素(key1中与key2不重复的value)

sdiff <key1><key2>

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2.3.3 数据结构

Set数据结构是dict字典，字典是用哈希表实现的。
Java中HashSet的内部实现使用的是HashMap，只不过所有的value都指向同一个对象。Redis的set结构也是一样，它的内部也使用hash结构，所有的value都指向同一个内部值。

2.4 哈希(Hash)

2.4.1 简介

Redis hash 是一个键值对集合
Redis hash是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象，类似Java里面的Map<String,Object>

2.4.2 常用命令

(1) 给key集合中的 field键赋值value

hset key [field value ...]

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(2) 从集合取出 value

hget <key1><field>

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(3) 批量设置hash的值

hmset <key1><field1><value1><field2><value2>...

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(4) 查看哈希表 key 中，给定域 field 是否存在

hexists<key1><field>

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(5) 列出该hash集合的所有field

hkeys <key>

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(6) 列出该hash集合的所有value

hvals <key>

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(7) 为哈希表 key 中的域 field 的值加上增量

hincrby <key><field><increment>

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(8) 将哈希表 key 中的域 field 的值设置为 value ，当且仅当域 field 不存在

hsetnx <key><field><value>.

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2.4.3 数据结构

Hash类型对应的数据结构是两种：ziplist（压缩列表），hashtable（哈希表）。当field-value长度较短且个数较少时，使用ziplist，否则使用hashtable。

2.5 有序集合Zset(sorted set)

2.5.1 简介

有序集合zset与普通集合set非常相似，是一个没有重复元素的字符串集合。
不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分（score）,这个评分（score）被用来按照从最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的，但是评分可重复因为元素是有序的, 所以你也可以很快的根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素。访问有序集合的中间元素也是非常快的,因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。

2.5.2 常用命令

(1) 将一个或多个 member 元素及其 score 值加入到有序集 key 当中

zadd  <key><score1><value1><score2><value2>…

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(2) 返回有序集 key 中，下标在 start stop之间的元素

zrange <key><start><stop>  [WITHSCORES]

WITHSCORES 分数和值一起返回到结果集
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(3) 返回有序集 key 中，所有 score 值介于 min 和 max 之间(包括等于 min 或 max )的成员。

有序集成员按 score 值递增(从小到大)次序排列：

zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count]

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有序集成员按 score 值递增(从大到小)次序排列：

zrevrangebyscore key max min [withscores] [limit offset count]

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(4) 为元素的score加上增量

zincrby <key><increment><value>

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(5) 删除该集合下，指定值的元素

zrem  <key><value>

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(6) 统计该集合，分数区间内的元素个数

zcount <key><min><max>

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(7) 返回该值在集合中的排名，从0开始

zrank <key><value>

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2.5.3 数据结构

SortedSet(zset)是Redis提供的一个非常特别的数据结构，一方面它等价于Java的数据结构Map<String, Double>，可以给每一个元素value赋予一个权重score，另一方面它又类似于TreeSet，内部的元素会按照权重score进行排序，可以得到每个元素的名次，还可以通过score的范围来获取元素的列表。

zset底层使用了两个数据结构
（1）hash，hash的作用就是关联元素value和权重score，保障元素value的唯一性，可以通过元素value找到相应的score值。
（2）跳跃表，跳跃表的目的在于给元素value排序，根据score的范围获取元素列表

跳跃表（跳表）

1、简介
有序集合在生活中比较常见，例如根据成绩对学生排名，根据得分对玩家排名等。对于有序集合的底层实现，可以用数组、平衡树、链表等。数组不便元素的插入、删除；平衡树或红黑树虽然效率高但结构复杂；链表查询需要遍历所有效率低。Redis采用的是跳跃表。跳跃表效率堪比红黑树，实现远比红黑树简单。
2、实例
对比有序链表和跳跃表，从链表中查询出51
（1）有序链表
要查找值为51的元素，需要从第一个元素开始依次查找、比较才能找到。共需要6次比较。
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