Redis对象篇--使用+数据结构底层速览

smithForest
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REDIS知识点汇总

Redis快速使用

  • 在windows安装目录下 打开cmd 输入redis-server.exe redis.windows.conf运行，不能关
  • 本机的默认用户和密码为：root、123456
  • 通过客户端Another Redis Desktop Manager进行图形化连接使用，测试常见的redis命令正确性

Redis数据结构

Redis Object

Object是什么？

Redis是双列存储的NoSQL非关系型数据库，key和value都能抽象成对象，key只能是String型的对象，而value可以各种类型主要有String、List、SET、Zset、Hash、Stream等

Object底层数据结构？

Redis是基于C语言实现的，结构体主要包括：type类型、encoding编码方式、refcount引用指针、ptr内容指针等

String类型

String常见操作

  • 不带参数的创建和更新： set

        set testString1 123

  • 带参数的创建和更新

    如果不存在就创建 setnx（set not exist）

     setnx testString1 123

设置单位为s的过期时间 setex（时间写在value前面）

设置单位为ms的过期时间 setpx

SETEX testString1 10 abc

  • 获取参数 get、mget

    get testString1
mget teStString1 testString2

  • 删除 del

     del testString1

String的编码方式

说明：上文提到object结构体中有几个数据段 此时type为String encoding方式为下面三种

  • long范围类的整数时 为INT
  • 小于等于阈值时 是EMBSTR（这个阈值在3.2之前是39，之后是44）
  • 大于阈值时 是RAW

set一个已有对象会发生什么？

如果是同一个类型对象，会更新这个值并覆盖或擦除过期时间，如果是不同类型的值，就会删除原来类型的值，新建一个指定类型的值

浮点型会以什么编码？

浮点型会以EMBSTR或者RAW编码

String可以是多大？

我当前使用的是5.05版本，源码中注明是512MB

SDS有什么用？

SDS：simple dynamic string 简单动态字符串，用C语言指定了一个字符串结构体包含 长度 占用大小和指向byte指针

C语言原来的字符是char数组 以\0结尾，二进制不安全，SDS二进制安全

SDS可以直接获得String字符串大小获取时间是O（1），原来要遍历

SDS有预留空间

List类型

List说明

List是双端队列，首部和尾部都可以进入和输出

List常见操作

  • 左右添加元素，返回总元素个数：lpush、rpush

  • 左右移出并返回第一个元素：lpop、rpop

  • 删除list中等于某个value的key，返回个数：lrem

     lrem testList1 0 abcd//0表示删除所有，大于0表示从左往右，小于0表示1从右往左
  • 同步删除 del key、异步删除unlike key
  • 返回值 lrange key start stop
  • 返回长度 len key

编码方式

object字段结构体主要有type、encoding、ptr（指向ziplist、linkedlist、quicklist）、refcount（引用指针）

ZIPLIST结构体包含的字段：ZBYTES(总长度)、ZTAIL（尾巴节点） ZLEN（数据节点个数）、 ENTRY1（数据节点1）、 ENTRY2（数据节点2） 、ENTRY3（数据节点3）、ZLEND（结束标志）

ZIPLIST中的ENTRY结构体包括：PRELEN[上一个节点长度，如果上一个节点小于等于254就是1B，如果大于255就是5B{1B标识、4B存储大小}]、ENCODING[编码方式(String,int之类的)，包含正向遍历的长度信息]、ENTRY-DATA(数据节点)

当OBJECT的TYPE为LIST时，当长度大于64B或者512个时，变成LINKEDLIST

ZIPLIST有什么优势？

相比于LINKEDLIST,ZIPLIST数据节点存储更加紧凑，更加节约内存，方便一次性分配空间，遍历时空间局部性好

ZIPLIST是如何从前往后和从后往前遍历的？

ZIPLIST从前往后遍历可以根据ENTRY-DATA中的ENCODING中的当前节点长度来从前往后遍历，ZIPLIST从后往前可以根据ZTAIL,ENTRY-DATA中的PRELEN来从后往前遍历。

ZIPLIST查询节点个数时间？

ZIPLIST中有ZLEN字段，可以直接查询节点个数，但这个节点只有2B

ZIPLIST插入时间复杂度是多少？

数组O(N)

ZIPLIST连续更新有什么问题？

ZIPLIST结构体字段的ENTRY-DATA中记录了PRELEN，这里PRELEN如果小于254 就占1B 否则占5B ，所以一旦一个节点长度发生变化，就会一系列地都发生变化

如何解决ZIPLIST连锁更新的问题？

使用LISTPACK结构替代ENTRY-DATA结构体，LISTPACK结构体包含ENCODING-TYPE ，ELEMENT-DATA，ELEMENT-TOT-LEN（整个节点除它自身长度之外的长度，每1B 第一位0结束，1继续）

关键是ELEMENT-TOT-LEN,从后往前找到每个字节第一个为0的字节，计算前面这个节点的长度。

SET类型

SET类型常见操作

说明：set是无序集合

  • 写操作：

    • SADD KEY MEMBER1 MEMBER2 MEMBER3...【返回值是集合数量】
    • SREM KEY MEMBER1 MEMBER2 MEMBER3...【删除为key的集合中MEMBER1的set，返回删除数量】

  • 读操作:

    • SISMEMBER KEY MEMBER1 【查看集合key中是否有MEMBER1】
    • SCARD KEY【查看集合KEY中有多少个元素】
    • SMEMEBERS KEY【查看KEY中所有的元素】
    • SSCAN key cursor [MATCH pattern] [COUNT count]SSCAN命令返回的结果是一个包含两个元素的数组，第一个元素是下一个迭代器的游标，第二个元素是一个数组，包含了迭代到的成员】
    • SINTER KEY1[KEY2,KEY3.....]【求交集，返回在KEY1中，又在KEY2，KEY3中所有的元素】
    • SDIF KEY1[KEY2,KEY3.....]【返回在KEY1中，但不在KEY2，KEY3中所有的元素】
    • SUNION KEY1[KEY2,KEY3.....]【求并集】

SET编码方式

说明：REDIS的所有OBJECT的结构体字段包含：TYPE（这里是SET型） ENCODING REFCOUNT PTR(内容指针)

  • 当元素小于等于512个时，采用INTESET（整数集合），节约内存，二分查找时间复杂度O（log2N）
  • 当元素大于512时，采用HASHTABLE（字典），查找时间复杂度O(1)

ZSET类型

说明：ZSET是带分数的有序集合

ZSET的常见操作

  • 写操作：

    • ZADD KEY SCORE1 MEMBER1[SCORE2 MEMEBER2.....]
    • ZREM KEY MEMBER1 [MEBER2 MEMBER2.....]

  • 读操作：

    • ZCARD KEY 【返回有序集合数量】
    • ZCOUNT KEY MIN MAX 【计算SCORE在MIN-MAX之间的集合】
    • ZSCORE KEY MEMBER1【返回MEMBER1的分数】
    • ZRANK KEY MEMBER1 【返回MEMEBER1的SCORE排名】
    • ZRANGE/ZRERANGE KEY START STOP [WITHSCORES]【返回指定的有序集合，可选带分数，和list的lrange用法类似】【ZRANGE从小到大 ZRERANGE从大到小】

ZSET的编码方式

  • 当元素个数不超过128个，小于64B时用ZIPLIST KEY和SCORE两个连在一起的ENTRY-DATA/LISTPACK
  • 当元素超过128时，用SIPLIST+HASHTABLE（字典）

SKIPLIST

跳表：多层链表，最底层链表步长为1，依次往上二级索引步长为2，三级索引步长为3，每层按照SCORE升序来排列，所以从最上层开始找，因为从小到大排列，所以如果目标比当前节点小，就继续在这一层查找，如果目标比当前节点大，就进入下一层，因为每个节点都由指向下一层的指针，所以下一层不用从头开始查找。

REDIS中SKIPLIST单个节点的level

REDIS用概率均衡策略，每个节点是否增加一层的概率是25%，REDIS5中是64层，REDIS7中是32层，调表的时间复杂度是O(LOG2N)

SKIPLIST时间复杂度

插入不会影响层高，层高在创建就确定了，查找节点总数时间是O（1），查找某个值的分数时间是O（LOG2N）

HASHTABLE(字典)下查总数时间复杂度

O（1）

HASHTABLE结构

和Java中的一样，数组+链表，通过HASH值和数组长度得到数组下标

HASHTABLE扩容和缩容

  • 负载因子=节点数量/数组长度，当负载因子<0.1就缩容
  • 负载因子>5强制扩容，负载因子>=1时看是否在执行BGSAVE和BGREWRITEAOF
  • HASHTABLE执行rehash期间，会新分配1号表，每次执行增删改查，就会将当前指针元素复制到1号表，直到全部复制结束，1号表变成0号表，0变成1，大小是2的幂次
  • 缩容和扩容机制一样，不过大小是按使用节点的最近2的幂次来决定的，比如used=6 那就是8，最小是4

HASH类型

说明：双列

  • 写操作：

    • HSET/HMSET KEY FILED1 VALUE1 FIELD2 VALUE2......P【老版本的Hset只能设置单值】
    • HSETNX KEY FILED1 VALUE1 FIELD2 VALUE2......
    • HDEL FIELD1 FIELD2
    • DEL KEY

  • 读操作：

    • HGETALL KEY
    • HGET KEY FIELD1
    • HLEN KY
    • HSCAN key cursor [MATCH pattern] [COUNT count]SSCAN命令返回的结果是一个包含两个元素的数组，第一个元素是下一个迭代器的游标，第二个元素是一个数组，包含了迭代到的成员】

HASH 编码方式

  • 当小于512个时 用ZIPLIST
  • 大于512时 用HASHTABLE
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