1. String（字符串）

1.1 簡單介紹

字符串類型是Redis最基礎的數據結構，字符串類型可以是JSON然爆、XML甚至是二進制的圖片等數據站粟，但是最大值不能超過512MB。在 Redis 中施蜜，String 是可以修改的卒蘸，稱為動態(tài)字符串(Simple Dynamic String簡稱SDS)雌隅，說是字符串但它的內部結構更像是一個ArrayList翻默，內部維護著一個字節(jié)數組，并且在其內部預分配了一定的空間恰起，以減少內存的頻繁分配修械。Redis的內存分配機制是這樣：

當字符串的長度小于 1MB時，每次擴容都是加倍現(xiàn)有的空間检盼。
如果字符串長度超過 1MB時肯污，每次擴容時只會擴展 1MB 的空間。

這樣既保證了內存空間夠用吨枉，還不至于造成內存的浪費蹦渣，字符串最大長度為512MB.。

分析一下字符串的數據結構

struct SDS {
  T capacity;       //數組容量
  T len;            //實際長度
  byte flages;  //標志位,低三位表示類型
  byte[] content;   //數組內容
}

capacity和len兩個屬性都是泛型貌亭，為什么不直接用int類型柬唯？因為Redis內部有很多優(yōu)化方案，為更合理的使用內存圃庭，不同長度的字符串采用不同的數據類型表示（int锄奢、embstr、raw）剧腻，且在創(chuàng)建字符串的時候len會和capacity一樣大拘央，不產生冗余的空間，所以String值可以是字符串书在、數字（整數灰伟、浮點數) 或者二進制。

Redis會根據當前值的類型和長度決定使用哪種內部編碼來實現(xiàn)儒旬。字符串類型的內部編碼有3種：

int：8個字節(jié)的長整型栏账。
embstr：小于等于39個字節(jié)的字符串遏乔。
raw：大于39個字節(jié)的字符串。

1.2 應用場景

1.2.1 緩存

在 web 服務中发笔，通常使用 MySQL 作為數據庫盟萨，Redis 作為緩存。由于 Redis 具有支撐高并發(fā)的特性了讨，通常能起到加速讀寫和降低后端壓力的作用捻激。web 端的大多數請求都是從 Redis 中獲取的數據，如果 Redis 中沒有需要的數據前计，則會從 MySQL 中去獲取胞谭，并將獲取到的數據寫入 Redis。

1.2.2 計數

Redis 中有一個字符串相關的命令incr key男杈，incr命令對值做自增操作丈屹，返回結果分為以下三種情況：

值不是整數，返回錯誤
值是整數伶棒，返回自增后的結果
key不存在旺垒，默認鍵為0，返回1

比如文章的閱讀量肤无，視頻的播放量等等都會使用 Redis 來計數先蒋，每播放一次，對應的播放量就會加1宛渐，同時將這些數據異步存儲到數據庫中達到持久化的目的竞漾。

1.2.3 共享 Session

在分布式系統(tǒng)中，用戶的每次請求會訪問到不同的服務器窥翩，這就會導致 session 不同步的問題业岁，假如一個用來獲取用戶信息的請求落在 A 服務器上，獲取到用戶信息后存入 session寇蚊。下一個請求落在 B 服務器上笔时，想要從 session 中獲取用戶信息就不能正常獲取了，因為用戶信息的 session 在服務器 A 上幔荒，為了解決這個問題糊闽，使用 Redis 集中管理這些 session，將 session 存入redis爹梁，使用的時候直接從 Redis 中獲取就可以了右犹。

1.2.4 限速

為了安全考慮，有些網站會對 IP 進行限制姚垃，限制同一 IP 在一定時間內訪問次數不能超過 n 次念链。

1.3 String 常用命令

set [key]  [value]   給指定key設置值（set 可覆蓋老的值）
get [key]   獲取指定key 的值
del [key]   刪除指定key
exists [key]  判斷是否存在指定key
mset [key1]  [value1]  [key2]  [value2] ...... 批量存鍵值對
mget [key1]  [key2] ......   批量取key
expire [key]  [time]    給指定key 設置過期時間  單位秒
setex [key]  [time]  [value]  等價于 set + expire 命令組合
setnx [key]  [value]   如果key不存在則set 創(chuàng)建，否則返回0
incr [key]           如果value為整數 可用 incr命令每次自增1
incrby [key] [number]  使用incrby命令對整數值 進行增加 number

2. List（列表）

2.1 簡單介紹

Redis 中的List和Java中的LinkedList很像，底層都是一種鏈表結構掂墓，List的插入和刪除操作非城矗快，時間復雜度為 O(1)君编，不像數組結構插入跨嘉、刪除操作需要移動數據。像歸像吃嘿，但是 Redis 中的List底層可不是一個雙向鏈表那么簡單祠乃。

當數據量較少的時候它的底層存儲結構為一塊連續(xù)內存，稱之為ziplist(壓縮列表)兑燥，它將所有的元素緊挨著一起存儲亮瓷，分配的是一塊連續(xù)的內存；當數據量較多的時候將會變成quicklist(快速鏈表)結構降瞳。

可單純的鏈表也是有缺陷的嘱支，鏈表的前后指針prev和next會占用較多的內存，會比較浪費空間挣饥，而且會加重內存的碎片化除师。在 Redis 3.2 之后就都改用ziplist+鏈表的混合結構，稱之為quicklist(快速鏈表)亮靴。ziplist的每個集合元素使用兩個緊挨在一起的壓縮列表節(jié)點來保存馍盟，第一個節(jié)點保存元素的成員于置，第二個元素保存元素的分值茧吊。

2.2 應用場景

由于List是一個按照插入順序排序的列表，所以應用場景相對還較多的八毯，例如：

2.2.1 消息隊列

列表用來存儲多個有序的字符串搓侄，既然是有序的，那么就滿足消息隊列的特點话速。使用lpush+rpop或者rpush+lpop實現(xiàn)消息隊列讶踪。除此之外，redis支持阻塞操作泊交，在彈出元素的時候使用阻塞命令來實現(xiàn)阻塞隊列乳讥。

Redis 雖然支持消息隊列的實現(xiàn)，但是并不支持 ack廓俭。所以 Redis 實現(xiàn)的消息隊列不能保證消息的可靠性云石，除非自己實現(xiàn)消息確認機制，不過這非常麻煩研乒，所以如果是重要的消息還是推薦使用專門的消息隊列去做汹忠。

2.2.2 棧

由于列表存儲的是有序字符串，滿足隊列的特點，也就能滿足棧先進后出的特點宽菜，使用lpush+lpop或者rpush+rpop實現(xiàn)棧谣膳。

2.2.3 文章列表

因為列表的元素不但是有序的，而且還支持按照索引范圍獲取元素铅乡。lpush命令和lrange命令能實現(xiàn)最新列表的功能继谚，每次通過lpush命令往列表里插入新的元素，然后通過lrange命令讀取最新的元素列表阵幸。比如我們可以使用命令lrange key 0 9分頁獲取文章列表犬庇。

2.3 List 常用命令

rpush [key] [value1] [value2] ......    鏈表右側插入
rpop [key]  移除右側列表頭元素，并返回該元素
lpop   [key]    移除左側列表頭元素侨嘀，并返回該元素
llen  [key]     返回該列表的元素個數
lrem [key] [count] [value]  刪除列表中與value相等的元素臭挽，count是刪除的個數。 count>0 表示從左側開始查找咬腕，刪除count個元素欢峰，count<0 表示從右側開始查找，刪除count個相同元素涨共，count=0 表示刪除全部相同的元素
lindex [key] [index]  獲取list指定下標的元素 （需要遍歷纽帖，時間復雜度為O(n)） index 代表元素下標，index 可以為負數举反， index= 表示倒數第一個元素懊直，同理 index=-2 表示倒數第二 個元素。
lrange [key]  [start_index] [end_index]   獲取list 區(qū)間內的所有元素（時間復雜度為 O(n)）
ltrim  [key]  [start_index] [end_index]   保留區(qū)間內的元素，其他元素刪除（時間復雜度為 O(n)）

3. Hash（字典）

3.1 簡單介紹

Redis 中的Hash和 Java 的HashMap更加相似，是數組+鏈表的結構柿赊，當發(fā)生 hash 碰撞時將會把元素追加到鏈表上狮荔，值得注意的是在Redis的Hash中value只能是字符串。

3.2 使用場景

3.2.1 購物車

hset [key] [field] [value]命令，可以實現(xiàn)以用戶Id，商品Id為field，商品數量為value尝偎，恰好構成了購物車的3個要素。

3.2.2 存儲對象

hash類型的(key, field, value)的結構與對象的(對象id, 屬性, 值)的結構相似鹏控，也可以用來存儲對象致扯，如：

key=JavaUser293847
value={
  “id”: 1,
  “name”: “SnailClimb”,
  “age”: 22,
  “l(fā)ocation”: “Wuhan, Hubei”
}

3.3 Hash 常用命令

hset  [key]  [field] [value]    新建字段信息
hget  [key]  [field]    獲取字段信息
hdel [key] [field]  刪除字段
hlen  [key]   保存的字段個數
hgetall  [key]  獲取指定key 字典里的所有字段和值 （字段信息過多,會導致慢查詢 慎用：親身經歷 曾經用過這個這個指令導致線上服務故障）
hmset  [key]  [field1] [value1] [field2] [value2] ......   批量創(chuàng)建
hincr  [key] [field]   對字段值自增
hincrby [key] [field] [number] 對字段值增加number

4. Set（集合）

4.1 簡單介紹

Redis 中的set和Java中的HashSet有些類似，它內部的鍵值對是無序的当辐、唯一的抖僵。它的內部實現(xiàn)相當于一個特殊的字典，字典中所有的 value 都是一個值 NULL瀑构。當集合中最后一個元素被移除之后裆针，數據結構被自動刪除刨摩，內存被回收。

4.2 應用場景

比如：在在線討論社區(qū)中世吨，可以將一個用戶所有的關注人存在一個集合中澡刹，將其所有粉絲存在一個集合。Redis可以非常方便的實現(xiàn)如共同關注耘婚、共同粉絲罢浇、共同喜好等功能。這個過程也就是求交集的過程沐祷。
好友嚷闭、關注、粉絲赖临、感興趣的人集合：
1)sinter命令可以獲得A和B兩個用戶的共同好友胞锰；
2)sismember命令可以判斷A是否是B的好友；
3)scard命令可以獲取好友數量兢榨；
1. 關注時嗅榕，smove命令可以將B從A的粉絲集合轉移到A的好友集合
首頁展示隨機：美團首頁有很多推薦商家，但是并不能全部展示吵聪，set類型適合存放所有需要展示的內容凌那，而srandmember命令則可以從中隨機獲取幾個。
抽獎功能：用戶點擊抽獎按鈕吟逝，參數抽獎帽蝶，將用戶編號放入集合，然后抽獎块攒，分別抽一等獎励稳、二等獎，如果已經抽中一等獎的用戶不能參數抽二等獎則使用spop key [count]局蚀，反之使用srandmember key [count]麦锯。

4.3 Set 常用命令

sadd [key]  [value]  向指定key的set中添加元素
smembers [key]    獲取指定key 集合中的所有元素
sismember [key] [value]   判斷集合中是否存在某個value
scard [key]    獲取集合的長度
spop [key]   彈出一個元素
srem [key] [value]  刪除指定元素

5. Zset（有序集合）

5.1 簡單介紹

Zset也叫SortedSet一方面它是個set，保證了內部 value 的唯一性琅绅，另一方面它可以給每個 value 賦予一個score，代表這個value的排序權重鹅巍。它的內部實現(xiàn)由兩種數據結構支持：ziplist 和 skiplist千扶。

5.1.1 ziplist（壓縮列表）

當 Zset 使用 ziplist 作為存儲結構的時候，每個集合元素使用兩個緊挨在一起的壓縮列表節(jié)點來保存骆捧，第一個節(jié)點保存元素的成員澎羞，第二個元素保存元素的分值。

5.1.2 skiplist（跳躍表）

當 Zset 使用 skiplist 作為存儲結構時敛苇，使用 skiplist 按序保存元素分值妆绞，使用 dict 來保存元素和分值的對應關系顺呕。

跳表是一種基于有序鏈表的擴展，它會維護多個索引鏈表和原鏈表括饶。跳表不斷提升新的關鍵節(jié)點形成新的有序鏈表株茶，是一種空間換時間的思想。在插入元素到跳表時图焰，只需對比新元素的值和關鍵節(jié)點鏈表启盛，這樣就能將對比次數縮減。因為在跳表中技羔，使用空間換時間僵闯，所以會有多層的索引鏈表，每一層索引鏈表都是上一層的一半藤滥，當數據量較大的時候鳖粟，就能夠很輕松地降低鏈表查詢消耗的性能。至于提取關鍵節(jié)點的極限拙绊，是同一層只有兩個節(jié)點牺弹。

跳表插入節(jié)點的流程：

新節(jié)點和各層索引節(jié)點逐一比較，確定原鏈表的插入位置时呀，O(logn)张漂。
把索引插入到原鏈表，O(1)谨娜。
使用拋硬幣的隨機方式航攒，決定新節(jié)點是否提升為上一級索引，O(logn)趴梢。

總體上跳表查找和插入的時間復雜度是 O(logn)漠畜，空間復雜度是 O(n)。

跳表刪除節(jié)點的流程：

在索引層找到關鍵節(jié)點進行刪除坞靶，刪除每一層的相同節(jié)點憔狞，O(logn)。
如果某一層在刪除節(jié)點之后只剩下一個節(jié)點彰阴，那么刪除這層的鏈表瘾敢，O(logn)。

5.2 Zset 應用場景

5.2.1 排行榜

和list不同的是Zset它能夠實現(xiàn)動態(tài)的排序尿这。比如用來存儲粉絲列表簇抵，在線討論社區(qū)項目的關注模塊用到了Zset，value 為粉絲的用戶 ID射众，score 為關注時間碟摆，這樣我們可以對粉絲列表按關注時間進行排序。

Zset還可以用來存儲學生的成績叨橱，value值是學生的 ID典蜕，score是他的考試成績断盛。我們對成績按分數進行排序就可以得到他的名次。

5.2.2 延遲消息隊列

在一個下單系統(tǒng)中愉舔，下單后需要在 15 分鐘內進行支付钢猛，如果 15 分鐘未支付則自動取消訂單。將下單后的 15 分鐘后時間作為 score屑宠，訂單作為 value 存入 Redis厢洞，消費者輪詢去消費，如果消費的大于等于這筆記錄的 score典奉，則將這筆記錄移除隊列躺翻，取消訂單。

5.3 Zset 常用命令

zadd [key] [score] [value] 向指定key的集合中增加元素
zrange [key] [start_index] [end_index] 獲取下標范圍內的元素列表卫玖，按score 排序輸出
zrevrange [key] [start_index] [end_index]  獲取范圍內的元素列表 公你，按score排序 逆序輸出
zcard [key]  獲取集合列表的元素個數
zrank [key] [value]  獲取元素再集合中的排名
zrangebyscore [key] [score1] [score2]  輸出score范圍內的元素列表
zrem [key] [value]  刪除元素
zscore [key] [value] 獲取元素的score

6. HyperLogLog

常用于計數，它采用一種基數算法假瞬，用于完成獨立總數的統(tǒng)計陕靠。
占據空間小，無論統(tǒng)計多少個數據脱茉，只占12K的內存空間剪芥。
是一種不精確的統(tǒng)計算法，標準誤差為0.81%琴许。
比如：在線討論社區(qū)中統(tǒng)計獨立訪客UV税肪，使用當前日期作為 key，IP地址作為 value 存入 HyperLoglog榜田。如果要統(tǒng)計指定日期范圍內的 UV益兄，那么整理該日期范圍內的 key 到一個列表中，然后對這個列表求一個 union箭券，然后統(tǒng)計 HyperLoglog 的 size 即可净捅。

7. Geo

用于支持存儲地理位置信息。

參考：

一口氣說出Redis 5種數據結構及對應使用場景辩块，面試要加分的
redis五大數據類型使用場景

最全的 Redis 數據類型解析徘溢！

最全的 Redis 數據類型解析吞琐！