Redis - 数据类型 & 常用命令

常见数据结构

键值类型数据库

1. Key 常见类型：String

2. Value 常见类型

   数据类型	数据说明
   String	“hello world”
   Hash	{ name: “Jack”, age : 21 }
   List	[ A → B → C → D ]
   Set	{ A, B, C }，基本类型，无序集合
   SortedSet	{ A : 1, B : 2, C : 3 }，有序集合
   GEO	{ A : (12.3, 30.5) }
   BitMap	0101010101010010101
   HyperLog	0101010101010101010

其他数据库

1. 文档类型 (MongoDB)
2. 列类型 (HBase)
3. Graph 类型 (Neo4j)

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一、动态字符串 SDS

1. 定义：Simple Dynamic String 简单动态字符串，Redis 实现的字符串

2. 功能：

   1. 获取长度：快速获取字符串长度 (时间复杂度 O(1) )
   2. 动态扩容：可以修改，并且预分配内存空间可以减少内存分配次数
   3. 二进制安全：SDS 记录了字符串长度，不会因为 ‘\0’ 提前结束

3. SDS 结构体组成

   属性	说明
   unit8_t len	buf已保存的字符串字节数,不包含结束标示
   unit9_t alloc	buf申请的总的字节数，不包含结束标示
   unsigned char flags	不同SDS的头类型,用来控制SDS的头大小，有 5 种，分别为5 / 8 / 16 / 32 / 64
   buf[]	实际存储的内容

4. 动态扩容（内存预分配）

   1. 字符串小于 1 M ：新空间为新字符串长度的 2 倍 + 1
   2. 字符串大于 1 M ：新空间为新字符串长度 + 1M + 1

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二、IntSet

1. 定义：一种 set 集合的实现方式，基于整数数组实现，类似 Set，但是只能存储数值

2. 特点

   1. 唯一有序：Set 集合中的元素唯一并且有序
   2. 类型升级：contents 元素超出 encoding 限制时，会自动升级 encoding 方式，可以节省内存空间
   3. 二分查找：底层采用二分查找来查询

3. 组成

   属性	说明
   unit32_t encoding	contents[] 的编码方式，支持存放16位(short)、32位(int)、64位(long)整数
   unit32_t length	contents[] 中元素个数
   int8_t contents[]	整数数组，保存集合数据

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三、Dict

1. 功能 ：字典类，类似 java 的 HashTable，实现 key-value 映射关系

2. Dict 扩容

   1. 功能：降低哈希冲突，提高查询效率
   2. 实现方式：Dict 新增键值对时检查负载因子 (LoadFactor = used/size)，如果 LoadFactor ≥ 1，并且服务器没有执行 BGSAVE 或 BGREWRITEAOF 等后台进程，或者 LoadFactor > dict_force_resize_ratio ，则执行 Dict Rehash 进行扩容

3. Dict 收缩

   1. 功能：节省内存空间
   2. 工作流程：每次删除 key-value 时检查负载因子，如果 LoadFactor < 0.1 则会做哈希表收缩

4. Dict Rehash

   1. 定义：扩容或收缩时，对哈希表中的每一个 key 重新计算索引，插入新的哈希表，这个过程称为rehash

   2. 工作流程

      1. 计算新 hash 表的 realeSize，值取决于当前要做的是扩容还是收缩：

         • 如果是扩容，则新size为第一个大于等于dict.ht[0].used + 1的2^n
         • 如果是收缩，则新size为第一个大于等于dict.ht[0].used的2^n （不得小于4）

      2. 按照新的realeSize申请内存空间，创建dictht，并赋值给dict.ht[1]

      3. 设置dict.rehashidx = 0，标示开始rehash

      4. 将dict.ht[0]中的每一个dictEntry都rehash到dict.ht[1]

      5. 将dict.ht[1]赋值给dict.ht[0]，给dict.ht[1]初始化为空哈希表，释放原来的dict.ht[0]的内存

      6. 将rehashidx赋值为-1，代表rehash结束

      7. 在rehash过程中，新增操作，则直接写入ht[1]，查询、修改和删除则会在dict.ht[0]和dict.ht[1]依次查找并执行。这样可以确保ht[0]的数据只减不增，随着rehash最终为空

5. 组成

   属性	功能
   Dict	存储字典类型和私有数据(hash函数)，哈希表(两个，第二个用于rehash)，rehashidx(rehash的进度)，pauserehash：rehash是否暂停
   DictHashTable	存储 entry 数组，hash表大小，哈希表大小的掩码(size-1)，entry个数
   DictEntry	存储 key-value 键值对，hash 冲突时的下一个 DictEntry 的指针

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四、ZipList

1. 定义 ：一种特殊的“双端链表”，一系列特殊编码的连续内存块组成

2. 功能 ：节约内存空间（连续的内存空间，减少指针对内存的占用）

3. 特点

   1. 占用连续内存空间，通过上一节点和本节点长度寻址，内存占用低
   2. 如果列表数据过多（链表过长），可能影响查询性能
   3. 增删较大数据时可能发生连续更新问题

4. 组成

   属性	类型	长度	功能
   zlbytes	unit32_t	4 byte	记录整个 ZipList 占用内存字节数
   zltail	unit32_t	4 byte	记录 ZipList 表尾结点距离压缩列表的起始地址字节数，用于快速定位表尾结点
   zllen	unit16_t	2 byte	记录 ZipList 包含的结点数量
   entry	列表节点	不定	ZipList 的各个结点，结点长度由结点内容决定
   zlend	unit8_t	1 byte	标记 ZipList 的末端（特殊值 0xFF）

5. 结构

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五、QuickList

1. 定义 ：ZipList 的升级版本，是一个节点为 ZipList 的双端链表

2. 功能 ：解决传统链表的内存占用问题，控制 ZipList 大小，提高内存空间申请效率（不必很大的连续内存空间）

3. 配置参数

   1. list-max-ziplist-size：限制 ZipList 结点大小，正数为最大 ZipList entry 个数，负数为最大内存占用（-x 表示最大占用 4*x kb 内存）
   2. list-compress-depth：首尾不压缩节点的个数（x 表示首尾各x个 entry 不压缩），默认为 0（不进行压缩）

4. 组成

   属性	功能
   head	头结点指针
   tail	尾节点指针
   count	所有 ZipList 的 entry 的总数
   len	ZipList 结点的总数量
   QL_FILL_BITS	ZipList 结点的 entry 上限
   QL_COMP_BITS	首尾不压缩的结点数量
   QL_BM_BITS	内存重分配时的书签数量及数组（一般用不到）

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六、SkipList

1. 定义 ：一个双向链表，每个节点包含 score 和 level

2. 功能 ：通过多级指针，实现不同跨度的查找，解决顺序查找效率过低的问题

3. 特点

   1. 结点按照 score 排序，score 一样则按照 ele 字典排序
   2. 每个节点可以包含多层指针，层数是 1 到 32 之间的随机数
   3. 不同层指针的跨度不同，层级越高跨度越大
   4. 增删改查效率与红黑树一致

4. zskiplist 组成

   属性	功能
   header / tail	头尾节点指针
   length	节点数量
   level	最大的索引层级（默认 = 1）

5. zskiplistNode 组成

   属性	功能
   ele	结点存储的值（SDS 类型）
   score	结点分数，用于排序、查找
   backward	前一节点指针
   level[]	多级索引数组，包含 forward 和 span 两个元素
   forward	下一个节点指针
   span	索引跨度

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七、RedisObject

1. 定义：Redis 对象系统的基础数据结构，用于封装不同类型的数据对象

2. 功能：统一管理Redis中的各种数据类型，实现对象共享和内存回收

3. 组成

   属性	功能
   type	存储的数据对象的类型
   encoding	存储的数据对象的底层编码方式
   lru	该对象最后一次被访问的时间
   refcount	对象引用计数器，被引用一次则 +1，计数器为 0 时可以被回收
   prt	指向实际数据的指针