String

简介:String是Redis最基础的数据结构类型，它是二进制安全的，可以存储图片或者序列化的对象，值最大存储为512M。

简单使用举例: set key value、get key

等应用场景：共享session、分布式锁，计数器、限流。

内部编码有3种，int（8字节长整型）/embstr（小于等于39字节字符串）/raw（大于39个字节字符串）

struct sdshdr{
    unsigned int len; // 标记buf的长度
    unsigned int free; //标记buf中未使用的元素个数
    char buf[]; // 存放元素的坑
}

空间预分配

空间预分配用于优化 SDS 的字符串增长操作：当 SDS 的 API 对一个 SDS 进行修改，并且需要对 SDS 进行空间扩展的时候，程序不仅会为 SDS 分配修改所必要的空间，还会为 SDS 分配额外的未使用空间。

如果修改完 SDS 后，SDS 的长度（len）小于 1 MB，那么程序分配和 len 属性同样大小的未使用空间，这时（扩展后） SDS len 属性的值将与 free 的值相同。比如修改后，SDS 的 len 改为了 13 字节，那么程序也会预分配 13 字节给 free 属性，SDS 的 buf 数组的实际长度将变成 13B+13B+1B（'/0'）=27 字节。
如果修改完 SDS 后，SDS 的长度将大于 1 MB，那么程序会分配 1 MB 的未使用空间。比如修改后，SDS 的 len 改为 30 MB，那么程序会分配 1 MB 的未使用空间，SDS 的 buf 数组的实际长度将变成 30MB + 1MB + 1B。

通过这种空间预分配策略，Redis可以减少连续执行字符串涉及长度修改操作所需的内存重分配次数 。

惰性空间释放

惰性空间释放用于优化 SDS 的字符串缩短操作：当 SDS 的 API 需要缩短 SDS 保存的字符串时，程序并不立即使用内存重分配来回收缩短后多出来的字节，而是使用 free属性 将这些字节的数量记录起来，并等待将来使用。

二进制安全

C 字符串中的字符必须符合某种编码（比如 ASCII），并且除了字符串的结尾外，字符串里面不能包含空字符（'/0'），否则最先被程序读入的空字符将被误认为是字符串结尾，这些限制使得 C 字符串只能保存文本数据，而不能保存像图片、音频、视频、压缩文件这样的二进制数据 。如上图，假如是 C 字符串的函数的话只会识别到 "Redis"，而忽略之后的 "Cluster"。

虽然数据库一般用于保存文本数据，但使用数据库来保存二进制数据的场景也不少见，因此，为了确保 Redis 可以适用于各种不同的场景，SDS 的 API 是 二进制安全 的（binary-safe），所有 SDS API 都会以处理二进制的方式来处理 SDS 存放的 buf 数组里的数据，程序不会对其中的数据做任何限制、过滤或者假设， 数据在写入时是什么样的，它被读取时就是什么样的 。

总结

C字符串	SDS
获取字符串长度的复杂度为O(N)	获取字符串长度的复杂度为O(1)
API是不安全的，可能会造成缓冲区溢出	API是安全的，不会造成缓冲区溢出
修改字符串长度N次必然需要执行N次内存重分配	修改字符串长度N次最多需要执行N次内存重分配
只能保存文本数据	可以保存文本或者二进制数据

Hash

简介：在Redis中，哈希类型是指v（值）本身又是一个键值对（k-v）结构

简单使用举例：hset key field value 、hget key field

内部编码：ziplist（压缩列表）、hashtable（哈希表）

应用场景：缓存用户信息等。

List

简介：列表（list）类型是用来存储多个有序的字符串，一个列表最多可以存储2^32-1个元素。

简单实用举例：lpush key value [value ...] 、lrange key start end

内部编码：ziplist（压缩列表）、linkedlist（链表）

应用场景：消息队列，文章列表

lpush+lpop=Stack（栈）
lpush+rpop=Queue（队列）
lpsh+ltrim=Capped Collection（有限集合）
lpush+brpop=Message Queue（消息队列）

Set

简介：集合（set）类型也是用来保存多个的字符串元素，但是不允许重复元素
简单使用举例：sadd key element [element ...]、smembers key
内部编码：intset（整数集合）、hashtable（哈希表）
注意点：smembers和lrange、hgetall都属于比较重的命令，如果元素过多存在阻塞Redis的可能性，可以使用sscan来完成。
应用场景：用户标签,生成随机数抽奖、社交需求。

Zset

简介：已排序的字符串集合，同时元素不能重复
简单格式举例：zadd key score member [score member ...]，zrank key member
底层内部编码：ziplist（压缩列表）、skiplist（跳跃表）
应用场景：排行榜，社交需求（如用户点赞）。

高级数据类型

Geo：Redis3.2推出的，地理位置定位，用于存储地理位置信息，并对存储的信息进行操作。
HyperLogLog：用来做基数统计算法的数据结构，如统计网站的UV。
Bitmaps ：用一个比特位来映射某个元素的状态，在Redis中，它的底层是基于字符串类型实现的，可以把bitmaps成作一个以比特位为单位的数组。\

这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第2篇笔记。Redis