[数据结构与算法] redis 2.key及其命令，value的五种数据类型String List Set Hash Zset及其命令

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一.key
二.value的五种数据类型

一.key

1.1 key

(1) 按模式匹配对应的key

(2) 判断key是否存在

(3) 查看key的类型

(4) 删除指定的key

(5) 根据value选择非阻塞删除

仅将keys从keyspace元数据中删除，真正的删除会在后续异步操作

(6) 为给定的key设置过期时间（单位秒）

(7) 查看key还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期

1.2 redis原子性

??原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch （切换到另一个线程）。
（1）在单线程中，能够在单条指令中完成的操作都可以认为是"原子操作"，因为中断只能发生于指令之间。
（2）在多线程中，不能被其它进程（线程）打断的操作就叫原子操作。

二.value的五种数据类型

2.1 String

2.1.1 简介

??String是Redis value的最基本类型
??String类型是二进制安全的，意味着Redis的string可以包含任何数据，比如jpg图片或者序列化的对象。
??String类型是Redis最基本的数据类型，一个Redis中字符串value最多可以是512M
??字符串类型的内部编码有3种：int：8个字节的长整型；embstr：小于等于39个字节的字符串；raw：大于39个字节的字符串。

2.1.2 常用命令

(1) 添加键值对

NX：当数据库中key不存在时，可以将key-value添加数据库
XX：当数据库中key存在时，可以将key-value添加数据库，与NX参数互斥
EX：key的超时秒数
PX：key的超时毫秒数，与EX互斥
在这里插入图片描述

(2) 查询对应键值

(3) 将给定的value 追加到原值的末尾

(4) 获得值的长度

(5) 将 key 中储存的数字值增1

(6) 将 key 中储存的数字值减1

(7) 将 key 中储存的数字值增减，自定义步长

(8) 同时设置一个或多个 key-value对

(9) 同时获取一个或多个 value

(10) 同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在

(11) 截取字符串，类似java中的substring

(12) 用 value 覆写key所储存的字符串值，从起始位置开始(索引从0开始)

(13) 设置键值的同时，设置过期时间，单位秒

(14) 以新换旧，设置了新值同时获得旧值

2.1.3 数据结构

??String的数据结构为简单动态字符串(Simple Dynamic String,缩写SDS)。是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于Java的ArrayList，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配.
在这里插入图片描述

??如图中所示，内部为当前字符串实际分配的空间capacity一般要高于实际字符串长度len。当字符串长度小于1M时，扩容都是加倍现有的空间，如果超过1M，扩容时一次只会多扩1M的空间。需要注意的是字符串最大长度为512M。

2.2 List

2.2.1 简介

??单键多值
??Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。它的底层实际是个双向链表，对两端的操作性能很高，通过索引下标操作中间的节点性能会较差。

2.2.2 常用命令

(1) 从左边/右边插入一个或多个值

(2) 从左边/右边吐出一个值。值在键在，值光键亡

(3) 从key1列表右边吐出一个值，插到key2列表左边

(4) 按照索引下标获得元素(从左到右)

(5) 按照索引下标获得元素(从左到右)

(6) 获得列表长度

(7) 在 value的前面或后面插入 newvalue

(8) 从左到右删除n个value

(9) 将列表key下标为index的值替换成value

2.2.3 数据结构

??List的数据结构为快速链表quickList
??首先在列表元素较少的情况下使用ziplist，即压缩列表。它将所有的元素紧挨在一起存储，分配的是一块连续的内存。当数据量比较多的时候才会改成quicklist。因为普通的链表需要的附加指针空间太大，需要两个额外的指针prev和next。Redis将链表和ziplist结合起来组成了quicklist。也就是将多个ziplist使用双向指针串起来使用。这样既满足了快速的插入删除性能，又不会出现太大的空间冗余。

2.3 Set

2.3.1 简介

??set对外提供的功能与list类似是一个列表的功能，特殊之处在于set是可以自动排重的,且set提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口，这个也是list所不能提供的。
??Redis的Set是string类型的无序集合,底层其实是一个value为null的hash表，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1) ，O(1)，数据增加，查找数据的时间不变

2.3.2 常用命令

(1) 将一个或多个 member 元素加入到集合 key 中，已经存在的 member 元素将被忽略

(2) 取出该集合的所有值

(3) 判断集合key是否为含有该value值，有1，没有0

(4) 返回该集合的元素个数

(5) 删除集合中的某个元素

(6) 随机从该集合中吐出n个值

(7) 随机从该集合中取出n个值，不会从集合中删除

(8) 把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合

(9) 返回两个集合的交集元素

(10) 返回两个集合的并集元素

(11) 返回两个集合的差集元素(key1中与key2不重复的value)

2.3.3 数据结构

??Set数据结构是dict字典，字典是用哈希表实现的。
??Java中HashSet的内部实现使用的是HashMap，只不过所有的value都指向同一个对象。Redis的set结构也是一样，它的内部也使用hash结构，所有的value都指向同一个内部值。

2.4 哈希(Hash)

2.4.1 简介

??Redis hash 是一个键值对集合
??Redis hash是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象，类似Java里面的Map<String,Object>

2.4.2 常用命令

(1) 给key集合中的 field键赋值value

(2) 从集合取出 value

(3) 批量设置hash的值

(4) 查看哈希表 key 中，给定域 field 是否存在

(5) 列出该hash集合的所有field

(6) 列出该hash集合的所有value

(7) 为哈希表 key 中的域 field 的值加上增量

(8) 将哈希表 key 中的域 field 的值设置为 value ，当且仅当域 field 不存在

2.4.3 数据结构

??Hash类型对应的数据结构是两种：ziplist（压缩列表），hashtable（哈希表）。当field-value长度较短且个数较少时，使用ziplist，否则使用hashtable。

2.5 有序集合Zset(sorted set)

2.5.1 简介

??有序集合zset与普通集合set非常相似，是一个没有重复元素的字符串集合。
??不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分（score）,这个评分（score）被用来按照从最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的，但是评分可重复因为元素是有序的, 所以你也可以很快的根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素。访问有序集合的中间元素也是非常快的,因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。

2.5.2 常用命令

(1) 将一个或多个 member 元素及其 score 值加入到有序集 key 当中

(2) 返回有序集 key 中，下标在 start stop之间的元素

(3) 返回有序集 key 中，所有 score 值介于 min 和 max 之间(包括等于 min 或 max )的成员。

(4) 为元素的score加上增量

(5) 删除该集合下，指定值的元素

(6) 统计该集合，分数区间内的元素个数

(7) 返回该值在集合中的排名，从0开始

2.5.3 数据结构

??SortedSet(zset)是Redis提供的一个非常特别的数据结构，一方面它等价于Java的数据结构Map<String, Double>，可以给每一个元素value赋予一个权重score，另一方面它又类似于TreeSet，内部的元素会按照权重score进行排序，可以得到每个元素的名次，还可以通过score的范围来获取元素的列表。

zset底层使用了两个数据结构
（1）hash，hash的作用就是关联元素value和权重score，保障元素value的唯一性，可以通过元素value找到相应的score值。
（2）跳跃表，跳跃表的目的在于给元素value排序，根据score的范围获取元素列表

跳跃表（跳表）

1、简介
??有序集合在生活中比较常见，例如根据成绩对学生排名，根据得分对玩家排名等。对于有序集合的底层实现，可以用数组、平衡树、链表等。数组不便元素的插入、删除；平衡树或红黑树虽然效率高但结构复杂；链表查询需要遍历所有效率低。Redis采用的是跳跃表。跳跃表效率堪比红黑树，实现远比红黑树简单。
2、实例
对比有序链表和跳跃表，从链表中查询出51
（1）有序链表
要查找值为51的元素，需要从第一个元素开始依次查找、比较才能找到。共需要6次比较。
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从第2层开始，1节点比51节点小，向后比较。
21节点比51节点小，继续向后比较，后面就是NULL了，所以从21节点向下到第1层
在第1层，41节点比51节点小，继续向后，61节点比51节点大，所以从41向下
在第0层，51节点为要查找的节点，节点被找到，共查找4次。