Redis十部曲之一：理解Redis中的数据类型

前言

String

Redis 的字符串类型不仅仅是文本，它其实是一个 二进制安全的字节序列（Binary Safe），可以用来存储：

• 字符串（如 "hello"）
• 数字（用于计数器）
• 二进制数据（如图片、序列化对象）

底层实现

Redis 并不直接使用 C 的 char[]，而是自定义了 SDS 结构（Simple Dynamic String），解决了 C 字符串的一系列问题：

特性	描述
长度缓存	O(1) 复杂度获取字符串长度，无需遍历
二进制安全	允许存储 \0 字节，不依赖结尾标识
动态扩容	使用“预分配空间 + 惰性释放”策略，避免频繁内存分配
兼容 C	SDS 内部结构与 char* 可兼容调用 C API

常用命令

#设置key的值
SET key value [NX | XX] [GET] [EX seconds | EXAT unix-time-seconds | KEEPTTL]
	#NX：仅在key不存在时设置
	#XX：仅在key存在时设置
	#GET：返回存储在key处的旧字符串，如果key不存在则返回nil。如果存储在key处的值不是字符串，则返回错误并终止SET
	#EX：设置指定的过期时间，单位为秒（正整数）
	#EXAP：设置密钥到期的指定Unix时间，以秒为单位（正整数）
	#KEEPTTL：更新value，不改变其原有的过期时间
	
# 获取key的值
GET key

# 整数自增自减
INCR/DECR key

List

Redis 的 List 是一个 有序链表结构的字符串集合，可以理解为： “支持从两端插入/弹出元素的双端队列（Deque）”。元素按照插入顺序排序，可用于消息队列、任务缓冲区等场景。

底层实现

Redis 为了兼顾 性能与节省内存，在不同场景下采用不同的数据结构：

编码方式	描述
ziplist	旧版 Redis（≤3.2）用压缩列表实现小 list
quicklist	Redis 3.2+ 默认实现，多个 ziplist 组成的双向链表
linkedlist	较老版本才用，内存浪费大，性能差，已淘汰

常用命令

# 从左侧插入
LPUSH key value [value ...]  

# 从右侧插入
RPUSH key value [value ...]  

# 从左侧弹出
LPOP key    

# 从右侧弹出                 
RPOP key      

# 获取指定区间的元素               
LRANGE key start stop     

# 获取长度   
LLEN key        

# 按下标读取元素             
LINDEX key index   

 # 更新某个索引的值          
LSET key index value   

# 从左侧弹出，阻塞等待
BLPOP key [key ...] timeout  

# 从右侧弹出，阻塞等待
BRPOP key [key ...] timeout       

Set

Redis 的 Set 类型是一种无序且唯一的字符串集合，非常适合用来做去重和集合间的关系运算（如交集、并集、差集）。

底层实现

Redis 使用了基于两种数据结构的实现，依据集合大小和元素特性动态切换：

实现结构	说明
哈希表	小型集合默认使用哈希表实现，支持快速插入和查找（O(1)）
整数集合	当所有元素都是整数且集合较小时，使用内存更紧凑的整数集合实现

常用命令

# 向集合添加元素
SADD key member [member ...]

# 从集合中删除元素
SREM key member [member ...]

# 判断元素是否存在
SISMEMBER key member

# 获取集合所有元素
SMEMBERS key

# 获取集合元素个数
SCARD key

# 随机获取一个或多个元素
SRANDMEMBER key [count]

# 计算多个集合的交集
SINTER key [key ...]

# 计算多个集合的并集
SUNION key [key ...]

# 计算多个集合的差集
SDIFF key [key ...]

Hash

Redis 的 Hash 类型是一个键值对集合，特别适合存储对象（如用户信息），相当于一个小型的字典或者 Map。

底层实现

Redis Hash 也是根据存储大小和元素类型，动态选择两种底层实现方式：

实现结构	说明
ziplist	当字段数量和字段值都较小时，使用内存紧凑的压缩列表，节省空间
哈希表	当字段较多或字段值较大时，自动转换为哈希表，支持快速访问

常用命令

# 设置哈希字段值
HSET key field value

# 获取哈希字段值
HGET key field

# 删除哈希字段
HDEL key field [field ...]

# 判断哈希字段是否存在
HEXISTS key field

# 获取哈希所有字段名
HKEYS key

# 获取哈希所有字段值
HVALS key

# 获取哈希中所有字段和对应值
HGETALL key

# 获取哈希字段数量
HLEN key

# 对哈希字段的整数值进行自增
HINCRBY key field increment

Sorted Set

Redis 的 Sorted Set 是一种带有 分数（score） 的有序集合，每个元素都是唯一的字符串，且会根据分数进行自动排序。适合做排行榜、优先队列等场景。

底层实现

Redis Sorted Set 底层结合了两种数据结构：

实现结构	说明
跳表（Skip List）	支持按分数范围快速检索和范围查询，且有序
哈希表（Hash Table）	用于快速定位元素，保证元素唯一，支持 O(1) 的查找操作

跳表保证了有序遍历的效率，哈希表保证了查找和更新的效率，两者结合实现了高性能的有序集合。

常用命令

# 添加元素或更新元素的分数
ZADD key [NX|XX] [CH] [INCR] score member [score member ...]

# 获取元素的排名（分数从小到大）
ZRANK key member

# 获取元素的倒序排名（分数从大到小）
ZREVRANK key member

# 获取指定排名区间的元素（按分数升序）
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]

# 获取指定排名区间的元素（按分数降序）
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]

# 获取指定分数区间的元素
ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]

# 删除元素
ZREM key member [member ...]

# 统计元素数量
ZCARD key

# 统计指定分数区间内元素数量
ZCOUNT key min max

JSON

Redis 本身不直接支持 JSON 类型，但通过 RedisJSON 模块，Redis 能高效存储和操作 JSON 文档，支持对 JSON 对象的嵌套访问和原子修改。

底层实现

RedisJSON 基于 Redis 的字符串和底层数据结构，存储 JSON 数据为二进制格式（使用 RLE编码 和其他压缩技术），并提供高效的路径访问和修改能力。

常用命令

# 设置整个 JSON 文档或部分路径的值
JSON.SET key [path] value

# 获取整个 JSON 文档或部分路径的值
JSON.GET key [path] [INDENT indent] [NEWLINE newline] [SPACE space]

# 删除指定路径的键
JSON.DEL key [path]

# 判断指定路径是否存在
JSON.EXISTS key [path]

# 对数值型 JSON 路径的值进行增减
JSON.NUMINCRBY key path increment

# 对字符串类型进行拼接
JSON.STRAPPEND key path value

# 获取 JSON 对象的键集合
JSON.OBJKEYS key [path]

# 获取 JSON 对象的键数量
JSON.OBJLEN key [path]

JSON Path语法

RedisJSON 使用类似于 JSONPath 的路径表达式来访问和操作 JSON 数据中的特定部分。

语法	含义	示例	说明
$	根节点	$	代表整个 JSON 对象
.	子节点	$.name	访问根节点下的 name 字段
[]	数组索引	$.friends[0]	访问 friends 数组的第一个元素
[*]	数组通配符，表示所有元素	$.friends[*]	访问 friends 数组的所有元素
..	递归搜索，匹配所有后代节点	$..name	匹配所有名为 name 的字段
['key']	支持特殊字符或空格的字段名	$['first name']	访问字段名中有空格或特殊字符的键
?()	过滤表达式	$.friends[?(@.age > 18)]	过滤年龄大于 18 的朋友（支持简单表达式）

其它数据结构

当然！以下是 Redis 进阶数据结构及概率算法的简明表格总结：

数据结构 / 模块	主要功能	典型应用	关键命令示例	备注
Stream	有序持久消息流	消息队列、事件流处理	XADD, XRANGE, XREAD, XGROUP, XACK	Redis 内置
Bitmap	位级操作的二进制标记	用户签到、活跃标记	SETBIT, GETBIT, BITCOUNT, BITOP	Redis 内置
Bitfield	字符串任意位置的整数读写	多种整数类型高效读写	BITFIELD	Redis 内置
HyperLogLog	基数估算（唯一元素计数）	UV统计、大数据去重估算	PFADD, PFCOUNT, PFMERGE	Redis 内置
Bloom Filter	概率性集合判断元素是否存在	快速存在性检测，允许误判	依赖 RedisBloom 模块	需安装模块
Cuckoo Filter	支持删除的概率集合	支持删除的布隆过滤器	依赖 RedisBloom 模块	需安装模块
t-digest	流式数据分位数估计	百分位统计	依赖 RedisBloom 模块	需安装模块
Top-K	估计最频繁出现的 K 个元素	热门词汇、热搜统计	依赖 RedisBloom 模块	需安装模块
Count-Min Sketch	频率估算	流量统计、频率估计	依赖 RedisBloom 模块	需安装模块
Time Series	时间序列数据存储与分析	IoT数据、监控指标	TS.CREATE, TS.ADD, TS.RANGE, TS.MRANGE, TS.AGGREGATE	需安装 RedisTimeSeries 模块