Redis常用命令、5种数据类型的内部编码实现以及实用场景


全局命令

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flush db   # 清除当前数据库的所有keys
flush all    # 清除所有数据库的所有keys
keys *            # 查看所有keys
keys prefix_*     # 查看前缀为"prefix_"的所有keys
exists key      # 确认一个key是否存在
set key value   # 设置key和value
get key         # 获取key的value
del key         # 删除一个key
type key        # 返回值的类型
keys pattern    # 返回满足给定pattern的所有key
random key      # 随机返回key空间的一个
key rename oldname newname    # 重命名key
db size         # 返回当前数据库中key的数目
select index    # 选择第0~15中的库
move key dbindex      # 移动当前数据库中的key到dbindex数据库
expire key seconds    #设置key的有效时间  单位为秒
ttl key               #获取key的剩余有效时间,持久key返回-1,key不存在返回-2,具体时间返回秒数
persist key           #设置有时效性的key为持久key


内部编码

相信绝大部分人,应该是99%的人都知道Redis的5种的基本类型、它们分别是:字符串、哈希、列表、集合、有序集合,就如同下图这样:
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但这些只是Redis对外的数据结构,实际上每种数据结构在底层都有多种内部编码实现,在不同的场景中Redis会自动选择不同的内部编码来实现。


字符串

常用命令:

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setnx key value #键不存在时可以设置成功
incr key    # 递增数字,仅仅对数字类型的键有用,相当于Java的i++运算
incrby  key increment    # key自增increment,increment可以为负数,表示减少。
decr key    # 递减数字,仅仅对数字类型的键有用,相当于Java的i–-
decrby key decrement    # key自减decrement,decrement可以为正数,表示增加。
incrbyfloat key increment    # 增加指定浮点数,仅仅对数字类型的键有用
append key value    # 向尾部追加值,相当于append方法
strlen key    # 获取字符串长度
mset key1 value1 [key2 value2 ...]    # 同时设置多个key的值
mget key1 [key2 ...]                  #  同时获取多个key的值

内部编码运用场景:

  • int:元素为8个字节以内的长整型·
  • embstr:元素小于等于39个字节
  • raw:其他

验证:
使用 object encoding命令可以查看key的内部编码

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127.0.0.1:6379> set str  1234
OK
127.0.0.1:6379> object encoding str
"int"
127.0.0.1:6379> set str "hello word"
OK
127.0.0.1:6379> object encoding str
"embstr"
127.0.0.1:6379> set str "hello word,你好世界,你好我好大家好,真的好,哈哈哈哈哈哈哈哈或或或"
OK
127.0.0.1:6379> object encoding str
"raw"

使用场景:

  • 缓存
  • 计数
  • 共享session
  • 限流
  • 分布式锁


哈希

常用命令:

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hset key field value    # 赋值
hmset key field1 value1 [field2 values]    # 一次赋值多个字段
hset key field    # 取值
hmset key field1 [field2] # 一次取多个字段的值
hgetall key    # 一次取所有字段的值
hexits key field    # 判断字段是否存在
hsetnx key field value    # 当字段不存在时赋值
hdel key field    # 删除字段
hkeys key    # 获取所有字段名
hvals key    # 获取所有字段值
hlen key    # 获取字段数量

内部编码运用场景:

  • ziplist(压缩列表):元素个数小于hash-max-ziplist-entries(默认512个)且同时所有值都小于+ + hash-max-ziplist-value(默认64字节)
  • hashtable(哈希表):无法满足ziplist的条件时

验证:

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127.0.0.1:6379> hmset hash filed1 1 filed2 2 filed3 3
OK
127.0.0.1:6379> object encoding hash
"ziplist"
127.0.0.1:6379> hset hash  filed4 "hello word,你好世界,你好我好大家好,真的好,哈哈哈哈哈哈哈哈还........"
(integer) 1
127.0.0.1:6379> object encoding hash
"hashtable"

使用场景:

  • 存储结构化数据


列表

常用命令:

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rpush key value    # 在名称为key的list尾添加一个值为value的元素
lpush key value    # 在名称为key的list头添加一个值为value的 元素
llen key    # 返回名称为key的list的长度
lrange key start end    # 返回名称为key的list中start至end之间的元素
ltrim key start end     # 截取名称为key的list
lindex key index    # 返回名称为key的list中index位置的元素
lset key index value    # 给名称为key的list中index位置的元素赋值
lrem key count value    # 删除count个key的list中值为value的元素
lpop key    # 返回并删除名称为key的list中的首元素
rpop key    # 返回并删除名称为key的list中的尾元素
rpoplpush srckey dstkey    # 返回并删除名称为srckey的list的尾元素,并将该元素添加到名称为dstkey的list的头部

内部编码运用场景(3.2版本之前):

  • ziplist(压缩列表):同哈希的ziplist
  • linkedlist(链表):无法满足ziplist的条件时

3.2版本之后同一使用的是了quicklist,鉴于笔者使用的redis版本为5.0.4,关于3.2版本之前的内部编码不再演示

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127.0.0.1:6379> rpush list a b c
(integer) 3
127.0.0.1:6379> object encoding list
"quicklist"

使用场景

  • 队列
  • 有限集合
  • 消息队列


集合

常用命令:

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sadd key member    # 向名称为key的set中添加元素member
srem key member    # 删除名称为key的set中的元素member
spop key    # 随机返回并删除名称为key的set中一个元素
smove srckey dstkey member    # 移到集合元素
scard key    # 返回名称为key的set的基数
sismember key member    # member是否是名称为key的set的元素
sinter key1 key2 …key   # 求交集
sinterstore dstkey keys    # 求交集并将交集保存到dstkey的集合
sunion key1 keys    # 求并集
sunionstore dstkey keys    # 求并集并将并集保存到dstkey的集合
sdiff key1 keys    # 求差集
sdiffstore dstkey keys    # 求差集并将差集保存到dstkey的集合
smembers key    # 返回名称为key的set的所有元素
srandmember key    # 随机返回名称为key的set的一个元素

内部编码运用场景:

  • intset(整数集合):集合中的元素都是整数且元素个数小于set-max-intset-entries(默认512个)
  • hashtable(哈希表):无法满足intset的条件时

验证:

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127.0.0.1:6379> sadd set 1 2 3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> object encoding set
"intset"
127.0.0.1:6379> sadd set 1 2 3 a
(integer) 1
127.0.0.1:6379> object encoding set
"hashtable"

使用场景:

  • 去重
  • 标签


有序集合

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zadd key score1 value1 [score2 value2 score3 value3 ...]    #  添加元素
zscore key value    # 获取元素的分数
zrange key start stop [withscore]    # 获取排名在某个范围的元素,按照元素从小到大的顺序排序,从0开始编号,包含start和stop对应的元素,withscore选项表示是否返回元素分数
zrevrange key start stop [withscore]    # 获取排名在某个范围的元素,和上一个命令用法一样,只是这个倒序排序的。
zrangebyscore key min max    # 获取指定分数范围内的元素,包含min和max,(min表示不包含min,(max表示不包含max,+inf表示无穷大
zincrby key increment value    # 增加某个元素的分数
zcard key    # 获取集合中元素的个数
zcount key min max    # 获取指定分数范围内的元素个数,min和max的用法和5中的一样
zrem key value1 [value2 ...]    # 删除一个或多个元素
zremrangebyrank key start stop    # 按照排名范围删除元素
zremrangebyscore key min max    # 按照分数范围删除元素,min和max的用法和4中的一样
zrank key value    # 获取正序排序的元素的排名
zrevrank key value    # 获取逆序排序的元素的排名

内部编码运用场景:

  • ziplist(压缩列表):当元素个数小于zset-max-ziplist-entries(默认128个),同时每个元素的值都小于zset-max-ziplist-value(默认64字节)时
  • skiplist(跳跃表):ziplist条件不满足时

使用场景:

  • 排行榜

 

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<think>首先,用户的问题是:“我想了解Redis中Hash数据类型内部编码方式 请问Redis Hash数据类型内部编码机制”。这基于之前的引用内容,我需要参考那些引用来回答。 回顾引用: - 引用[1]提到Redis内部编码方式是为了平衡内存占用和性能,并自动进行编码转换。 - 引用[2]描述了Hash类型的基本概念。 - 引用[3]提到Hash默认基于压缩列表结构,但可以转换为字典结构。 - 引用[4]解释了哈希类型在Redis中的结构。 - 引用[5]详细说明了Hash的内部编码方式,包括ziplist和hashtable,以及在Redis 7.0后,listpack取代了ziplist。还提到了适用场景。 用户的问题焦点是内部编码机制,所以我需要重点解释Redis Hash的内部编码方式。 关键点: - Redis Hash的内部编码主要有两种:ziplist(在旧版本)或listpack(在Redis 7.0后),以及hashtable。 - 当Hash元素数量少且值大小小时,使用ziplist/listpack以节省内存;当元素数量或值大小超过阈值时,转换为hashtable以提高性能。 - 引用[5]明确指出:在Redis 7.0后,listpack取代了ziplist。 回答结构: 1. **介绍Redis Hash数据类型**:简要解释Hash是什么,以建立上下文。 2. **解释内部编码机制**:详细说明两种编码方式:listpack(或ziplist)和hashtable。 3. **自动转换机制**:描述Redis如何根据数据特性自动切换编码。 4. **适用场景和优势**:简要提及为什么这种机制有用,但重点在机制上。 5. **生成相关问题**:按照系统指令,在回答末尾生成相关问题。 使用中文回答,因为用户指令是“使用中文回答”。 确保LaTeX语法正确: - 行内数学表达式用$...$,例如,如果提到元素数量,可以用$n$。 - 独立公式用$$...$$,但在这个回答中可能不需要复杂的数学公式,所以可能不需要。 引用标识: - 在回答中,如果引用特定段落,自然地添加引用标识,如[^1]。 - 基于引用内容,我可以引用[^1]、[^3]、[^5],因为它们直接相关。 回答大纲: 1. 开头:Redis Hash数据类型简介(基于引用[2]和[^4])。 2. 主体:内部编码方式 - listpack(或ziplist)用于小Hash。 - hashtable用于大Hash。 - 转换阈值。 3. 自动优化:Redis自动处理转换(基于引用[1])。 4. 结尾:总结优势。 5. 生成相关问题。 生成相关问题: - 按照示例,列出3个相关问题,基于主题。 - 例如:阈值如何配置?性能影响?其他数据类型类似机制? 最终回答: - 结构清晰,分段落。 - 使用中文。 - 添加引用标识。</think>### Redis Hash数据类型内部编码机制 Redis 的 Hash 数据类型是一种键值对集合,允许在单个 key 下存储多个字段(field)和值(value),从而高效管理相关数据(如用户信息或对象属性)[^2][^4]。其核心优势在于内部编码机制,该机制根据数据大小和特性自动选择最优存储方式,以平衡内存占用和操作性能。下面我将逐步解释内部编码机制。 #### 1. **内部编码方式概述** Redis Hash 使用两种主要内部编码方式: - **listpack(紧凑列表)**:在 Redis 7.0 及以上版本中取代了旧版的 ziplist。这是一种内存高效的线性结构,适用于小规模 Hash(元素数量少且值较小)。它将所有字段和值连续存储在内存中,减少了指针开销,从而节省内存[^3][^5]。例如,一个 Hash 包含少量字段(如用户 ID 和用户名)时,优先使用 listpack。 - **hashtable(哈希表)**:当 Hash 规模增大时,Redis 自动转换为 hashtable。这是一种基于字典的结构,支持 $O(1)$ 时间复杂度的查找、插入和删除操作,适合大规模或动态数据[^1][^5]。例如,存储百万级用户数据时,hashtable 能显著提升性能。 在 Redis 7.0 之前,ziplist 是默认的小 Hash 编码方式,但 listpack 解决了 ziplist 的某些性能瓶颈(如级联更新问题),成为更优选择[^5]。 #### 2. **自动转换机制** Redis 根据预设阈值自动切换编码方式,无需手动干预。转换规则基于两个关键参数(可通过 Redis 配置调整): - **元素数量阈值**:当 Hash 中的字段数量超过 `hash-max-listpack-entries`(默认值通常为 512)时,从 listpack 转换为 hashtable。 - **值大小阈值**:当任意字段的值长度超过 `hash-max-listpack-value`(默认值通常为 64 字节)时,同样触发转换[^1][^5]。 例如: - 初始存储一个用户对象(字段数 $n \leq 512$,值长度 $l \leq 64$ 字节)时,使用 listpack。 - 如果添加新字段使 $n > 512$,或某个值(如长文本)使 $l > 64$ 字节,Redis 自动重建为 hashtable。 这种动态优化确保了在不同工作负载下,内存占用和操作效率的平衡[^1][^3]。 #### 3. **机制优势与性能影响** - **内存优化**:listpack 通过紧凑存储减少内存碎片,尤其适合小数据场景(如配置项或简单对象),内存占用可降低 30%–50%[^5]。 - **性能提升**:hashtable 支持高效随机访问,在数据增长时避免操作延迟。例如,查询购物车商品数量(使用 `HGET` 命令)在 hashtable 下为 $O(1)$ 时间复杂度[^2][^5]。 - **自动管理**:Redis 在后台处理编码转换,开发者无需关注底层细节,确保了高吞吐量和低延迟[^1]。 这种智能编码机制是 Redis 在各种应用场景(如缓存、实时分析)中保持高性能的关键[^5]。 #### 4. **实际应用示例** 假设存储用户信息: ```bash HSET user:1000 name "Alice" age 30 email "alice@example.com" ``` - 如果字段少且值小,使用 listpack。 - 如果添加大量好友列表字段,可能触发转换为 hashtable。 这种机制使得 Redis Hash 在处理对象存储、计数器集合或社交网络数据时非常高效[^5][^1]。 总之,Redis Hash 的内部编码机制通过 listpack 和 hashtable 的自动切换,实现了内存与性能的优化平衡。无论数据规模如何变化,Redis 都能智能适应,提供稳定服务[^1][^5]。
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