Redis 提供了豐富的數(shù)據(jù)類型，每種數(shù)據(jù)類型都有其獨特的存儲結(jié)構(gòu)和操作方法，可以滿足不同的業(yè)務場景需求。下面詳細介紹 Redis 支持的主要數(shù)據(jù)類型及其底層實現(xiàn)，并結(jié)合具體的應用場景說明其使用。
1. 字符串（String）
介紹：
- Redis 中最基本的鍵值對類型，鍵和值都可以是字符串，值的最大限制為 512MB。
String 類型是 Redis 最常用的數(shù)據(jù)類型，它支持簡單的 GET、SET 操作，以及自增、自減、字符串拼接等操作。
典型應用場景：
- 緩存數(shù)據(jù)：存儲用戶登錄狀態(tài)、Token、配置信息等。
- 計數(shù)器：通過
INCR、DECR 實現(xiàn)簡單的計數(shù)器，比如網(wǎng)站訪問量、點贊數(shù)等。 - 分布式鎖：結(jié)合
SETNX 命令，可以用字符串來實現(xiàn)簡單的分布式鎖。
底層原理：
- Redis 底層對字符串使用的是簡單動態(tài)字符串（SDS），它不僅是 C 字符串的封裝，還加入了長度屬性和空間預留等優(yōu)化策略。SDS 支持二進制安全，可以存儲文本和二進制數(shù)據(jù)。
2. 哈希（Hash）
介紹：
- 哈希是一個鍵值對集合，適合存儲對象。每個鍵可以有多個字段，每個字段都有一個值。
- 操作包括
HSET、HGET、HDEL 等。
典型應用場景：
- 存儲用戶信息：如用戶 ID 作為鍵，用戶的屬性（姓名、年齡、性別等）作為字段，避免將整個用戶對象序列化成字符串。
- 配置項管理：存儲配置項，方便根據(jù)字段名快速訪問和更新某個配置。
底層原理：
- 哈希使用了兩種底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：小數(shù)據(jù)量時使用壓縮列表（ziplist），大數(shù)據(jù)量時使用哈希表（hashtable）。壓縮列表可以節(jié)省內(nèi)存，但隨著哈希表的增長會自動轉(zhuǎn)換為哈希表，保證查詢效率。
3. 列表（List）
介紹：
- 列表是一個雙向鏈表，可以從頭部或尾部插入、刪除元素，常用命令包括
LPUSH、RPUSH、LPOP、RPOP 等。 - Redis 支持阻塞操作，如
BLPOP、BRPOP，在沒有元素時可以阻塞等待。
典型應用場景：
- 消息隊列：列表可以作為簡單的消息隊列，用
LPUSH 將消息放入隊列，用 RPOP 或 BRPOP 彈出消息。 - 任務調(diào)度：異步任務分發(fā)系統(tǒng)中，可以將任務放入隊列中，由多個消費者去消費。
底層原理：
- 列表采用雙向鏈表（quicklist）實現(xiàn)。對于較短的列表，Redis 會使用壓縮列表（ziplist）來節(jié)省內(nèi)存；對于較長的列表，則會采用真正的雙向鏈表來平衡操作的時間復雜度。
4. 集合（Set）
介紹：
- 集合是無序的、唯一的元素集合，提供類似于數(shù)學集合的操作，支持交集、并集、差集等。
- 常用操作包括
SADD、SREM、SISMEMBER、SMEMBERS、SINTER 等。
典型應用場景：
- 標簽系統(tǒng)：如將用戶標簽存儲為集合，每個集合代表一個用戶群體，方便進行集合運算，如找出同時擁有某兩個標簽的用戶。
- 去重功能：在某些場景下（如熱門搜索詞、訪問日志的去重），可以通過集合的唯一性特性來避免重復數(shù)據(jù)。
底層原理：
- 小集合時使用整數(shù)集合（intset），大集合時使用哈希表（hashtable）實現(xiàn)。通過哈希表的快速查找特性，可以實現(xiàn) O(1) 的時間復雜度來判斷元素是否存在。
5. 有序集合（Sorted Set）
介紹：
- 有序集合類似于集合，但每個元素關(guān)聯(lián)一個分數(shù)，集合中的元素會按分數(shù)排序。支持的操作包括
ZADD、ZRANGE、ZREM、ZREVRANGE、ZCOUNT 等。
典型應用場景：
- 排行榜：比如游戲中的積分榜，按用戶分數(shù)進行排名。可以通過
ZADD 添加玩家及其分數(shù)，通過 ZRANGE 獲取排名。 - 延遲任務：通過分數(shù)設置任務執(zhí)行的時間，按時間從集合中取出需要執(zhí)行的任務。
底層原理：
- 有序集合底層使用的是跳表（Skiplist）和哈希表相結(jié)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，跳表使得有序集合支持快速的范圍查詢和插入操作（時間復雜度 O(logN)），而哈希表保證元素的快速定位。
6. 位圖（Bitmaps）
介紹：
- 位圖實際上是字符串類型的擴展，可以把字符串看作一系列連續(xù)的二進制位，可以對這些二進制位進行位操作。支持的命令有
SETBIT、GETBIT、BITCOUNT、BITOP 等。
典型應用場景：
- 用戶簽到系統(tǒng)：用位圖存儲用戶的簽到記錄，每天對應一個 bit，0 表示未簽到，1 表示已簽到。
- 活躍用戶統(tǒng)計：通過位圖存儲某一時間段內(nèi)用戶是否活躍，快速統(tǒng)計某天有多少活躍用戶。
底層原理：
- 位圖的底層存儲是 Redis 的字符串結(jié)構(gòu)，但位操作是直接針對每個二進制位，因此能夠在非常緊湊的存儲空間內(nèi)實現(xiàn)高效的操作，適合海量數(shù)據(jù)場景。
7. HyperLogLog
介紹：
- HyperLogLog 是一種用于基數(shù)統(tǒng)計的算法，可以用于估算一個集合中不重復元素的個數(shù)，且占用的內(nèi)存空間非常小。
- 常用命令有
PFADD、PFCOUNT。
典型應用場景：
- 獨立訪客統(tǒng)計：在網(wǎng)站分析中統(tǒng)計獨立訪客（UV），只需為每個訪客 ID 添加到 HyperLogLog 中，快速得到不重復用戶數(shù)。
- 大規(guī)模數(shù)據(jù)去重計數(shù)：用于估算大規(guī)模數(shù)據(jù)中的去重個數(shù)，如點擊、請求、訪問量等。
底層原理：
- HyperLogLog 是一種基數(shù)估計算法，通過哈希分布將數(shù)據(jù)映射到位向量中，通過統(tǒng)計不同前綴的最大長度來估算基數(shù)，其優(yōu)點是占用內(nèi)存極小，缺點是只能進行估算，存在一定誤差。
8. 地理空間（Geospatial）
介紹：
- Redis 支持存儲地理位置數(shù)據(jù)，并基于這些數(shù)據(jù)進行范圍查詢和距離計算。常用命令包括
GEOADD、GEODIST、GEORADIUS、GEOHASH 等。
典型應用場景：
- LBS 應用：比如打車應用中，存儲司機和乘客的地理位置，根據(jù)位置計算距離，匹配最近的車輛。
- 附近商家搜索：用戶輸入位置后，查詢附近的商家，并根據(jù)距離排序返回。
底層原理：
- Redis 的地理空間數(shù)據(jù)是基于有序集合實現(xiàn)的，使用
GEOHASH 算法將地理坐標編碼為 64 位的整數(shù)，存入有序集合中。通過對這些編碼的范圍查詢，可以實現(xiàn)快速的空間檢索。
9. 流（Streams）
介紹：
Stream 是 Redis 5.0 引入的一種新的數(shù)據(jù)類型，支持消息隊列的功能，類似于 Kafka 或者 RabbitMQ，支持消費組、消息持久化和自動應答等特性。常用命令包括 XADD、XREAD、XGROUP、XACK 等。
典型應用場景：
- 消息系統(tǒng)：通過流數(shù)據(jù)類型，多個消費者可以從同一個隊列中消費數(shù)據(jù)，實現(xiàn)消息分發(fā)和處理。
- 日志系統(tǒng)：可以將日志信息存儲在 Redis 的流中，實現(xiàn)持久化和實時消費。
底層原理：
- Stream 是基于壓縮列表和鏈表的結(jié)合體，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜度較高，可以高效存儲大量的流式數(shù)據(jù)。通過內(nèi)部維護的 ID 進行排序和管理，使得它適合處理有序的、持續(xù)生成的數(shù)據(jù)流。
總結(jié)
Redis 提供的多種數(shù)據(jù)類型，不僅豐富了其在不同業(yè)務場景下的適用性，還能通過內(nèi)存友好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和高效的算法來保證性能。在選擇 Redis 數(shù)據(jù)類型時，通常需要根據(jù)業(yè)務需求來匹配合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而最大限度地提升系統(tǒng)性能和資源利用率。
轉(zhuǎn)自https://www.cnblogs.com/lgx211/p/18498695
該文章在 2025/1/13 11:14:16 編輯過
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