Redis-结构化value对象的类型

一、Redis的结构化value对象类型的介绍

Redis常用的value包含5种类型：string、list、set、map、sorted-set

上面的value对象（数据类型的对象）在Redis内部的通用结构如下：

typedef struct redisObject{
	unsigned type:4;	//":4"表示占用4位
	unsigned encoding:4;
	unsigned lru:REDIS_LRU_BITS;
	int refcount;
	void *ptr;
} robj;

• type：指这些结构化类型
• encoding：指的是这些结构化类型在具体的实现（承载）方式，同一个类型可以有多种实现，例如String可以用int来承载，也可用用封装的char[]来承载，List可用ziplist或者链表来承载；
• lru：表示本对象的空转时长，用于有限内存下长久不访问的对象的清理；
• refcount：是应用技术用于对象的垃圾回收
• prt指向的就是以enconding方式实现这个对象的实际承载者的地址，例如string对象对应的sds地址（sds是一种结构）

二、Redis的这些结构化value对象类型的通用操作

查看指定key的数据类型

#进入redis-cli后
type <指定key名>

查看所有的key

# 进入redis-cli后：
keys *

判断指定key是否存在

# 进入redis-cli后
exists <指定key名>

为已存在的key进行重命名

# 进入redis-cli后
rename <已存在的原key名> <新key名>

为指定key设置存活时间

#设置以秒为单位的存活时间
expire <指定key名> <存活时间(多少秒)>

#设置以毫秒为单位的存活时间
pexpire <指定key名> <存活时间(多少毫秒)>

pexpire与expire

pexpire: pico（微小单位）expire

在Redis中，EXPIRE和PEXPIRE命令都用于设置键的过期时间，它们的主要区别在于过期时间的单位不同：

1. EXPIRE命令：

   • EXPIRE命令用于为指定的键设置一个过期时间（单位为秒）。
   • 语法：EXPIRE key seconds
   • 其中key是要设置过期时间的键，seconds是过期时间，以秒为单位。
   • 例如，EXPIRE mykey 60会将键mykey的过期时间设置为60秒。

2. PEXPIRE命令：

   • PEXPIRE命令用于为指定的键设置一个过期时间（单位为毫秒）。
   • 语法：PEXPIRE key milliseconds
   • 其中key是要设置过期时间的键，milliseconds是过期时间，以毫秒为单位。
   • 例如，PEXPIRE mykey 60000会将键mykey的过期时间设置为60秒（60000毫秒）。

区别：

• 时间单位：EXPIRE使用秒作为单位，而PEXPIRE使用毫秒作为单位。这允许PEXPIRE设置更精确的过期时间，特别是当需要比秒更细粒度的控制时。
• 适用场景：如果你需要以秒为单位设置过期时间，使用EXPIRE；如果需要以毫秒为单位设置过期时间，使用PEXPIRE。

使用场景示例：

• 如果你有一个缓存需求，需要在3600秒后过期，可以使用EXPIRE mykey 3600。
• 如果你需要在3600秒加上500毫秒后过期，可以使用PEXPIRE mykey 3600500。

在实际应用中，选择EXPIRE还是PEXPIRE取决于你的具体需求和过期时间的精度要求。

查看指定Key的存活时间

永久存活，则返回-1

ttl <指定key名>

”ttl“指的是：time to live

为指定key设置成永久存活

persist <指定key名>

三、Redis中的结构化value对象类型之String类型及其操作

Redis的结构化value对象类型中的string能表达3中指的类型：

• 字节串
• 整数
• 浮点数

3中类型间根据具体场景由redis完成相互间的自动转型，并且根据需要选取底层的承载方式；
比如，下面的数字类型就可以自动转换成字节串类型，然后可以进行字节串类型的一些操作，然而字节串类型就不可轻易转换成数字类型进行数字类型的操作；

String型的value典型操作之针对数字类型

String型的value典型操作之针对字节串类型

字节串和字符串的区别：

在计算机编程中，“字节串”（byte string）和“字符串”（string）这两个术语通常用来描述不同类型的数据结构，它们的区别主要体现在数据类型、存储内容和使用场景上：

1. 数据类型：

   • 字符串（String）：通常指的是由字符组成的序列，每个字符在计算机中通常占用固定数量的比特（比如UTF-8编码中，一个英文字符占用1个字节，而一个中文字符可能占用3个字节）。字符串在编程语言中是一个基本的数据类型，用于存储和处理文本数据。
   • 字节串（Byte String）：是由字节（byte）组成的序列，每个字节可以是0到255之间的任意值。字节串不关心字节的编码或它们代表的字符，它们只是原始的二进制数据。

2. 存储内容：

   • 字符串：存储的是字符数据，每个字符都有特定的编码（如ASCII、UTF-8等）。
   • 字节串：存储的是原始的字节数据，不进行任何字符编码转换，可以包含任何二进制值。

3. 使用场景：

   • 字符串：用于存储和处理文本信息，如用户输入、文件内容等。
   • 字节串：用于处理二进制数据，如文件的原始内容、网络传输的数据包等。

4. 处理方式：

   • 字符串：编程语言提供了丰富的字符串处理函数，如字符串拼接、查找、替换等。
   • 字节串：处理方式更接近于数组或缓冲区，通常用于低级的数据操作，如内存拷贝、网络通信等。

5. 编码与解码：

   • 字符串：在不同编程语言中，字符串的编码方式可能不同，但通常都是以某种字符编码存储。
   • 字节串：不涉及编码问题，它们是原始的字节流。

6. 性能：

   • 字符串：因为涉及到字符编码，处理字符串可能比处理字节串更复杂，性能上可能稍逊一筹。
   • 字节串：由于直接操作字节，通常在性能上更优。

在不同的编程语言中，这两个概念的具体实现和表现可能有所不同，但基本的区别大致如上所述。

设置String类型的key同时设置过期时间

set <key1> <value> [ex 存活时长秒数] [px 存活时长毫秒数]

同时设置多个String类型的数据

mset : multi-set

mset <key1> <value> <key2> <value> <key3> <value> ...

同时查看多个String类型的数据

mset <key1>  <key2>  <key3> ...

查看String类型的数据的字符长度

strlen <key名>

查看要修改的key的原的值(输出在终端)同时修改key的值

getset <指定key> <新值>

只输出原key的值，同时改变原key的值

将key的值递增

将key的值+1

incr <指定key名>

将key的值+n

原key值是数字时

incrby <指定key名> <要增加的个数n>
# 以浮点单位的递增
incrbyfloat <指定key名> <要增加的数(如：+4.5)>

将key的值递减

将key的值-1

decr <指定key名>

将key的值-n

原key值是数字时

decrby <指定key名> <要减的个数n>
# 没有decrbyfloat这样的命令

将key的值的末尾追加内容

set key1 xxx

append key1 666
# 那么key1的值就为：xxx666

查看String类型的数据（字符串）的指定某一位到某一位的部分

注意0表示字符串的第一位

set key1 lotus43xxx
getrange key1 0 4
getrange key1 5 6

修改String类型的数据（字符串）的指定某一位的值

setrange key1 6 q

四、Redis中结构化value对象类型之Map类型及其操作

• Map型的value在Redis中又叫做Hash，它的最初实现是Hash表；一个Map可以包含若干个key-value，其中key不重复；
• Redis本身就是key-value结构，它的value可以是map类型，此类型的value内部又是一个subkey-subvalue，map内部的key和value不能再嵌套map了，它只能是String型所能表达的内容：整型、浮点型、字节串

Hash数据结构介绍

Hash数据结构

• 桶：bucket
• Hash函数，取模3
• 负载因子，扩容、缩容

map的主要操作

由于map的value可以表示整数和浮点数，所以map也包含对特定的key的value做数字专有的操作，比如：

以下是上面操作的例子：

Redis Map（Hash）类型的实际应用例子

1. 存储用户信息：

   • 用户ID作为键，用户的属性（姓名、年龄、性别等）作为字段，避免将整个用户对象序列化成字符串。

2. 配置项管理：

   • 存储配置项，方便根据字段名快速访问和更新某个配置。

3. 对象存储与缓存：

   • 将数据原本存储在其他存储系统（如关系型数据库）中的数据缓存到Redis中，减少对原始数据源的访问压力并提高读取速度。例如，博客网站缓存文章的详细内容，使用HSET和HGET命令存储和获取文章信息。

4. 实时统计：

   • 使用哈希来保存当前在线用户、页面浏览量和API请求次数等。例如，HINCRBY命令用于增加在线用户数或页面访问次数。

五、Redis中结构化value对象类型之List类型及其操作（操作中有栈和队列的思想）

List即列表对象，用于存储String序列

针对单个key的元素的List类型的操作

常用于消息队列
lpush: 在队列左边推入
rpop：弹出队列右边的第一个

rpush: 在队列右边推入
lpop：弹出队列左边的第一个

List类型的复杂的操作（方便类似生产者消费者模式场景的实现）

*拓展：生产者消费者模式

生产者消费者模式（Producer-Consumer Pattern）是一种并发设计模式，用于协调生产者和消费者之间的工作，以确保生产者生产的数据能够被消费者及时处理，同时避免数据的重复处理或丢失。这种模式在多线程环境中非常常见，尤其是在涉及到数据共享和线程同步的场景中。

核心概念

1. 生产者（Producer）：负责生成数据的线程或进程。
2. 消费者（Consumer）：负责处理数据的线程或进程。
3. 缓冲区（Buffer）：一个临时存储数据的容器，生产者将数据放入缓冲区，消费者从缓冲区取出数据进行处理。

模式特点

• 解耦生产者和消费者：生产者和消费者之间不需要直接通信，它们通过缓冲区进行数据交换，这有助于降低系统的耦合度。
• 线程安全：在多线程环境中，需要确保缓冲区的线程安全，避免数据竞争和条件竞争。
• 同步机制：通常需要使用同步机制（如锁、信号量、条件变量等）来控制对缓冲区的访问。

工作流程

1. 生产者生产数据：生产者生成数据后，将其放入缓冲区。
2. 缓冲区管理：缓冲区负责存储数据，并提供同步机制以确保数据的一致性。
3. 消费者处理数据：消费者从缓冲区取出数据进行处理。
4. 同步控制：当缓冲区满时，生产者可能需要等待；当缓冲区空时，消费者可能需要等待。

实现要点

• 锁（Locks）：用于保护共享资源（如缓冲区）的访问，防止多个线程同时访问。
• 信号量（Semaphores）：用于控制对共享资源的访问数量，可以用于控制缓冲区的容量。
• 条件变量（Condition Variables）：用于线程间的协调，当某个条件满足时通知等待的线程。

示例代码（Python）

import threading
import time
import queue

# 定义一个缓冲区
buffer = queue.Queue(maxsize=10)

# 生产者
def producer():
    for i in range(20):
        time.sleep(1)
        buffer.put(i)
        print(f"Produced {i}")

# 消费者
def consumer():
    while True:
        item = buffer.get()
        print(f"Consumed {item}")
        buffer.task_done()
        time.sleep(2)

# 创建线程
producer_thread = threading.Thread(target=producer)
consumer_thread = threading.Thread(target=consumer)

# 启动线程
producer_thread.start()
consumer_thread.start()

# 等待线程结束
producer_thread.join()
buffer.join()  # 等待所有数据被处理
consumer_thread.join()

在这个示例中，我们使用Python的queue.Queue来实现缓冲区，它内部已经实现了线程安全的锁和条件变量。生产者线程生成数据并放入缓冲区，消费者线程从缓冲区取出数据进行处理。通过buffer.join()确保所有数据都被处理完毕后再结束程序。

生产者消费者模式是并发编程中一个非常基础且重要的模式，它有助于提高程序的效率和响应性。

lpush和rpush命令用于给一个List类型的对象添加数据

rpop和rpush命令用于给一个List类型的对象删除数据

llen命令用于查看一个List类型的对象有几个数据

lpush推进去的数据需用rpop弹出、rpush推入的需用lpop弹出

lindex用于查看一个List类型的对象的(从左往右数)的第一个成员的值（0表示第一个成员）

lrange命令用于查看一个List类型的对象的(从左往右数) 第几个成员到第几个成员的部分

0表示第一个元素

# 查看一个List类型的对象的所有内容
lrange <List对象名> 0 -1

linsert用于在一个List类型对象中(从左往右数)的指定成员名的前或后插入一个成员

rpoplpush复合命令，用于将一个List对象(从右边)弹出一个成员然后紧接着操作另一个List对象(在左边)推入这个成员进去

lrem命令用于(从左往右数)删除指定次数的成员(如果有重复名的成员的话，那么count>1如果不是那么只写1)

lrem <List对象>

ltrim命令用于保留List对象的(从左往右数)第几个到第几个的成员

lset命令用于设置一个List对象的(从左往右数)第几个成员的值(0表示第一个成员)

lset <List对象>

Redis List类型的实际应用例子

1. 消息队列：

   • Redis的List类型可以通过LPUSH和RPUSH（或者反过来，LPOP和RPOP）实现队列的功能，因此可以用Redis的List类型实现简单的消息队列。例如，使用LPUSH将消息放入队列，使用RPOP或BRPOP弹出消息。

2. 排行榜：

   • LRANGE命令可以分页查看队列中的数据，适合将每隔一段时间计算一次的排行榜存储在List类型中，例如京东每日的手机销量排行、学校每次月考学生的成绩排名等。

3. 最新列表：

   • LPUSH命令和LRANGE命令能实现最新列表的功能，每次通过LPUSH命令往列表里插入新的元素，然后通过LRANGE命令读取最新的元素列表，如朋友圈的点赞列表、评论列表。

4. 任务队列：

   • Redis的列表数据结构可以用来实现任务队列，将需要处理的任务存储到列表中，然后通过消费者从列表中获取任务并进行处理，实现任务的异步处理和调度。

六、Redis结构化value对象类型之Set类型及其操作

Set类似List，但它是一个无序集合，其中的元素不重复

集合与其他数据结构的主要区别在于它的元素是唯一的，并且没有固定的顺序。而数组、表、树和图都可以存储有序元素或具有特定关系的数据。数组和表通常用于存储和访问结构化数据，树和图用于表示层次和网络关系。每种数据结构都有其特定的应用场景和优势，选择合适的数据结构可以提高程序的效率和性能。

集合（Set）在编程中有着广泛的应用场景，以下是一些常见的例子：

1. 去重：

   • 在处理数据时，经常需要去除重复的元素，例如从数据库查询结果中去除重复的记录，或者在处理用户输入时去除重复的选项。

2. 数学集合操作：

   • 在需要进行数学上的集合操作，如交集、并集、差集时，集合提供了直接的支持。

3. 快速查找：

   • 当需要快速判断某个元素是否存在于一个数据集中时，集合可以提供快速的查找功能。

4. 权限控制：

   • 在权限管理系统中，集合可以用来存储用户的角色或权限，方便进行权限的添加、删除和检查。

5. 缓存实现：

   • 集合可以作为缓存数据结构的一部分，存储最近访问或频繁访问的数据项。

6. 对象属性检查：

   • 在面向对象编程中，集合可以用来存储对象的属性或特征，方便进行属性的管理和检查。

7. 唯一性保证：

   • 在需要确保数据项唯一性的场合，如生成唯一的ID或序列号，集合可以用来存储已经使用过的值。

8. 数据分片和分区：

   • 在大数据应用中，集合可以用来将数据分片或分区，以便于并行处理。

9. 配置管理：

   • 在配置管理系统中，集合可以用来存储配置项，方便进行配置的添加、删除和查询。

10. 推荐系统：

    • 在推荐系统中，集合可以用来存储用户的兴趣点或标签，以便于生成个性化推荐。

11. 社交网络分析：

    • 在社交网络分析中，集合可以用来存储用户的好友列表或社交圈。

12. 游戏开发：

    • 在游戏开发中，集合可以用来管理游戏中的实体，如敌人、道具或玩家。

13. 并发编程：

    • 在并发编程中，集合可以作为线程安全的数据结构，用于同步和锁的管理。

14. 测试和模拟：

    • 在测试和模拟中，集合可以用来存储测试用例或模拟对象的状态。

15. 算法实现：

    • 许多算法，如排序、搜索、图算法等，都需要使用集合来存储中间结果或作为算法的一部分。

集合因其高效的元素管理和独特的性质，在软件开发中扮演着重要的角色。不同的编程语言提供了不同的集合实现，如Python的set和JavaScript的Set对象，它们都提供了丰富的API来支持集合操作。

set基本操作

以下是上面这些操作的例子：

Redis中的Set的实际应用场景

Redis的Set（集合）是一种无序的、不重复的元素集合，它提供了丰富的操作命令，适用于多种实际应用场景。以下是一些Redis Set的典型应用：

1. 去重：

   • 在需要去除重复数据的场景中，如从日志中提取唯一的IP地址、从用户提交表单中提取唯一的邮箱地址等，可以使用Set的SADD命令添加元素，自动过滤掉重复项。

2. 在线用户列表：

   • 可以使用Set来存储当前在线的用户ID。每当用户登录时，使用SADD命令将用户ID添加到集合中；用户登出时，使用SREM命令将用户ID从集合中移除。

3. 标签系统：

   • 在内容管理系统中，可以使用Set来存储文章或产品的标签。每个标签都是集合中的一个元素，而每篇文章或产品可以对应一个包含其所有标签的集合。

4. 好友关系：

   • 可以使用两个Set来表示用户的好友关系。例如，用户A的好友列表是一个Set，用户B的好友列表是另一个Set。检查两个用户是否为好友，只需要检查两个Set是否有交集。

5. 抽奖活动：

   • 在抽奖活动中，可以将参与者的标识（如用户ID或手机号）存储在一个Set中。使用SRANDMEMBER命令随机选择中奖者，确保随机性和唯一性。

6. 商品推荐：

   • 在电商网站中，可以使用Set来存储用户感兴趣的商品ID集合。通过分析这些集合，可以发现用户的偏好，并进行个性化推荐。

7. 分布式系统的唯一性问题：

   • 在分布式系统中，Set可以用来确保任务的唯一性，例如，防止同一个任务被多个节点重复处理。

8. 实时竞拍系统中的出价者列表：

   • 在实时竞拍系统中，可以使用Set来存储对某个商品出价的用户ID，这样可以快速检查某个用户是否已经出价，以及快速获取当前所有出价者。

9. 社交网络中的共同好友：

   • 可以使用Set来找出两个用户之间的共同好友。对于用户A和用户B，分别存储他们的好友集合，然后使用SINTER命令求交集，得到共同好友列表。

10. 库存管理：

    • 在库存管理中，可以使用Set来跟踪不同仓库中的商品。通过SUNION命令，可以快速合并多个仓库的商品列表，进行库存盘点。

11. 投票系统：

    • 在投票系统中，可以使用Set来存储已投票的用户ID，以确保每个用户只能投一次票。

Redis Set的这些应用场景展示了它在处理唯一性集合数据时的灵活性和效率。通过利用Set的特性，可以简化代码逻辑，提高系统性能。

七、Redis结构化value对象类型之Sorted-Set类型及其操作

Sorted-Set是Redis特有的数据类型，也是集合，但它是一个有序的key-value对**：

• key：在一个sorted-set中不重复
• value：是一个浮点数，称为score；可以与其他key相同
• 有序：sorted-set内部默认按照score从小到大排序

Sorted-Sort的基本操作

由于srted-set本省包含排序信息，在普通set的基础上，sroted-set新增了一系列和排序有关的操作：
Redis中的sorted-set（有序集合）是一种数据结构，它结合了集合（Set）的特性和可以对元素进行排序的能力。下面是Redis中sorted-set类型的具体操作和一些常用命令的详细说明：

zadd

• 用途：向有序集合添加一个或多个成员，或者更新已存在成员的分数。
• 语法：ZADD key score1 member1 [score2 member2 ...]
• 示例：

  ZADD myzset 1 "one"
  ZADD myzset 2 "two"
  ZADD myzset 3 "three"
  

  这会将成员 “one”, “two”, 和 “three” 与对应的分数添加到名为 myzset 的有序集合中。如果成员已存在，则更新其分数。
  

zrange

• 用途：通过索引区间返回有序集合指定区间内的成员。
• 语法：ZRANGE key start stop [WITHSCORES]
• 示例：

  ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
  

  这会返回有序集合 myzset 中所有成员及其分数，按分数从小到大排序。
  

revrange

• 用途：返回有序集中指定区间内的成员，通过索引，分数从高到低。
• 语法：ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]
• 示例：

  ZREVRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
  

  这会返回有序集合 myzset 中所有成员及其分数，按分数从大到小排序。
  

zrangebyscore

• 用途：通过分数返回有序集合指定区间内的成员。
• 语法：ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]
• 示例：

  ZRANGEBYSCORE myzset 0 5 WITHSCORES
  

  这会返回有序集合 myzset 中分数在0到5之间的所有成员及其分数。
  

zrank

• **用途：**确定某个key值在本sorted-set内按照顺序排在第几位（从0开始）
• 语法：zrank sort--set类型对象 <key名>
  

zrem

• 用途：移除有序集合中的一个或多个成员。
• 语法：ZREM key member [member ...]
• 示例：

  ZREM myzset "one"

这会从有序集合 myzset 中移除成员 “one”。

zincrby

• 用途：有序集合中对指定成员的分数加上增量。
• 语法：ZINCRBY key increment member
• 示例：

  ZINCRBY myzset 5 "two"
  

  这会将成员 “two” 的分数增加 5。
  

zcard

• 用途：获取有序集合的成员数。
• 语法：ZCARD key
• 示例：

  ZCARD myzset
  

  这会返回有序集合 myzset 中的成员数量。
  

zscore

• 用途：获取有序集合中指定成员的分数。
• 语法：ZSCORE key member
• 示例：

  ZSCORE myzset "two"
  

  这会返回成员 “two” 在有序集合 myzset 中的分数。
  

zremrangebyrank

• 用途：删除有序集合一定位置范围的一些元素
• 语法：zremrangebyrank <sorted-set对象> <开始位> <结束位>

+inf和-inf以及limit参数

• ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]
  • key：指定有序集合的键名。
  • min和max：指定分数的最小值和最大值，可以是负无穷大-inf和正无穷大+inf，（inf：infinity）或者具体的数值。
  • [WITHSCORES]：可选参数，如果指定，命令会同时返回成员的分数。
  • [LIMIT offset count]：可选参数，用于限制返回结果的数量，offset指定开始返回的位置，count指定返回的数量。

Redis中的Sorted-Set的实际应用场景

Redis中的Sorted-Set（有序集合）是一种非常强大的数据结构，它在许多实际应用场景中都非常有用。以下是一些具体的应用场景：

1. 排行榜系统：

   • 游戏应用中的玩家排名、社交应用中的用户活跃度排名、电商应用中的商品销量排名等都可以使用Sorted-Set来实现。通过给每个用户或商品一个分数（比如分数、销量、活跃度等），可以很容易地根据分数对他们进行排序。使用ZADD命令添加或更新分数，ZREVRANGE命令获取前N名的用户。

2. 延迟任务队列：

   • Sorted-Set可以用于实现延迟任务队列。通过将任务的执行时间作为分数，任务的标识作为成员，将任务添加到Sorted-Set中。然后，可以通过ZRANGEBYSCORE命令查询到期的任务进行处理。

3. 实时排行榜：

   • 对于需要实时更新的排行榜，如股票价格排行、体育赛事得分排行等，Sorted-Set可以快速地添加新记录、更新现有记录，并能够通过分数区间查询来获取特定排名范围的数据。

4. 多维度排序：

   • 在一些场景下，可能需要根据多个维度对数据进行排序。例如，在一个应用商店中，除了根据下载量（分数）排序外，还可以根据最后更新时间进行次级排序。Sorted-Set可以通过组合这两个维度的值（例如，将下载量和更新时间戳连接起来）作为分数，从而实现多维度排序。

5. 区间查询：

   • Sorted-Set提供了ZRANGE和ZREVRANGE命令，可以按照排行榜中的排名范围进行查询，例如查询前N名的成员。

6. 商品销售排行榜：

   • 使用Sorted-Set，其中分数为销售数量，value值为商品编号。可以通过ZADD添加商品销售记录，ZINCRBY增加销量，ZRANGE获取前N名热门商品。

7. 高并发下的统计分页显示：

   • 在高并发场景下，使用Sorted-Set做统计分页显示，例如热评榜。使用时间作为分数插入，通过ZRANGE、ZREVRANGE或ZRANGEBYSCORE LIMIT按照分数查询分页。

这些应用场景展示了Redis Sorted-Set的灵活性和强大的功能，使其成为处理需要排序和排名的数据的理想选择。