Redis支持五中数据类型：

• String（字符串）
• Hash（哈希）
• List（列表）
• Set（集合）
• zset(sorted set：有序集合)

Redis定义了丰富的原语命令，可以直接与Redis服务器交互。实际应用中，我们不太会直接使用这些原语命令，Redis提供了Java，C/C++，C#，PHP，JavaScript，Perl，Object-C，Python，Ruby，Erlang等客户端，大多情况下我们是通过各式各样的客户端来操作Redis。但是，任何语言的客户端实际上都是对Redis原语命令的封装，了解原语命令有助于理解客户端的设计原理，知其然，知其所以然。

1、字符串

String是Redis最基本的数据类型，结构为一个key对应一个value。

String类型是二进制安全的，意味着可以包含任何数据，比如jpg图片或者序列化的对象。

String类型的最大能存储512M。

不像Linux有那么多充满想象力的命令，还喜欢带一对莫名其妙的参数。Redis的原语命令很简单，而且有规律可循，一句话概括，就是干净利索脆。

比如我们想设置往Redis中存放一个用户名，用String类型存储：

127.0.0.1:6379> SET name chenlongfei

OK

“OK”是Redis返回的响应，代表设置成功。

取出这个name的值：

127.0.0.1:6379> GET name

"chenlongfei"

想修改name的值为“clf”，重新SET一遍，覆盖掉原来的值：

127.0.0.1:6379> SET name clf

OK

127.0.0.1:6379> GET name

"clf"

想删除该条数据：

127.0.0.1:6379> DEL name

(integer) 1 --该数字代表影响的记录总数

127.0.0.1:6379> GET name

(nil) --nil代表为空，不存在该对象

增删改查命令一分钟学会，想忘记都难，妈妈再也不用担心我的学习。

2、哈希

Redis的哈希是field和value之间的映射，即键值对的集合，所以特别适合用于存储对象。

Redis 中每个 hash 最多可以存储 2^32 - 1 键值对（40多亿）。

例如，我们想在Redis中存储一个用户信息，包括用户ID，用户名，邮箱地址三个字段：

127.0.0.1:6379>HMSET user_1 userId 123 userName clf email chenlongfei@163.com**

OK

127.0.0.1:6379> HGETALL user_1

1) "userId"

2) "123"

3) "userName"

4) "clf"

5) "email"

6) "chenlongfei@163.com"

3、列表

Redis列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。支持添加一个元素到列表头部（左边）或者尾部（右边）的操作。

一个列表最多可以包含 2^32 - 1 ，即超过40亿个元素。

例如，我们想用一个名为“Continents”的列表盛放五大洲的名字：

127.0.0.1:6379> LPUSH Continents Asia Africa America Oceania Antarctica

(integer) 5

127.0.0.1:6379> LRANGE Continents 0 4 --获取下标为0~4的元素

1) "Antarctica"

2) "Oceania"

3) "America"

4) "Africa"

5) "Asia"

Redis列表虽然名为列表，其实从特性上来讲更像是栈，以最近放进去的元素为头，以最早放进去的元素为尾，所以，Redis列表的下标呈倒序排列。上例中依次放进去的五个元素：Asia、Africa、America、Oceania、Antarctica，下标分别为4、3、2、1、0。这与Java中List的概念完全不一样，需要特别注意。

与栈类似，当执行POP操作时，Redis列表弹出的是最新放进去的元素，类似于栈顶元素。

Redis列表还支持一种阻塞式操作，比如BLPOP（Blockd List Pop之缩写），移出并获取列表的第一个元素，如果列表没有元素（或列表不存在）会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。

例如，我们对一个不存在的列表“myList”执行BLPOP命令：

BLPOP myList 20 -- 弹出myList列表的第一个元素，如果没有，阻塞20秒

该客户端会进入阻塞状态，如果20秒之内该列表存入了元素，则弹出：

127.0.0.1:6379> BLPOP myList 20 --若无元素则进入阻塞状态，限时20秒*

1) "myList"

2) "hello"

(6.20s)

如果超时后仍然没有等到元素，则结束阻塞，返回nil：

127.0.0.1:6379> BLPOP myList 20

(nil)

(20.07s)

4、集合

Redis集合是String类型的无序集合。集合成员是唯一的，这就意味着集合中不能出现重复的数据。

Redis集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。

集合中最大的成员数为 2^32 - 1 ，即每个集合最多可存储40多亿个成员。

集合的一大特点就是不能有重复元素，如果插入重复元素，Redis会忽略该操作：

127.0.0.1:6379> SADD direction east west south north

(integer) 4

127.0.0.1:6379> SMEMBERS direction

1) "west"

2) "east"

3) "north"

4) "south"

127.0.0.1:6379> SADD direction east

(integer) 0 -- east元素已经存在，该操作无效

127.0.0.1:6379> SMEMBERS direction

1) "west"

2) "east"

3) "north"

4) "south"

Redis集合还有两大特点，一是支持随机获取元素，二是支持集合间的取差集、交集与并集操作。

5、有序列表

Redis 有序集合和集合一样也是String类型元素的集合，且不允许重复的成员。

不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。Redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。有序集合的成员是唯一的，但分数(score)却可以重复。

集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。

集合中最大的成员数为 2^32 - 1 ，即每个集合最多可存储40多亿个成员。

例如，、使用有序列表来存储学生的成绩单：

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 82 Tom

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 65.5 Jack

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 43.5 Rubby

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 99 Winner

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 78 Linda

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZRANGE scoreList 0 100 WITHSCORES --获取名次在0~100之间的记录

1) "Rubby"

2) "43.5"

3) "Jack"

4) "65.5"

5) "Linda"

6) "78"

7) "Tom"

8) "82"

9) "Winner"

10) "99"

需要注意的是，Redis有序集合是默认升序的，score越低排名越靠前，即score越低的元素下标越小。

6、存储结构

Redis的一种对象类型可以有不同的存储结构来实现，从而同时兼顾性能和内存。

1.png

字典又名映射（map）或关联数组（associative array）， 是一种抽象数据结构， 由一集键值对（key-value pairs）组成， 各个键值对的键各不相同， 程序可以添加新的键值对到字典中，或者基于键进行查找、更新或删除等操作。

字典在 Redis 中的应用广泛， 使用频率可以说和 SDS 以及双端链表不相上下，基本上各个功能模块都有用到字典的地方。

字典的主要用途有以下两个：

• 实现数据库键空间（key space）
• 用作 Hash 类型键的底层实现之一

Redis字典采用Hash表实现，针对碰撞问题，采用的方法为“链地址法”，即将多个哈希值相同的节点串连在一起，从而解决冲突问题。

“链地址法”的问题在于当碰撞剧烈时，性能退化严重，例如：当有n个数据，m个槽位，如果m=1，则整个Hash表退化为链表，查询复杂度O(n)。为了避免Hash碰撞攻击，Redis随机化了Hash表种子。

Redis的方案是双buffer，正常流程使用一个buffer，当发现碰撞剧烈（判断依据为当前槽位数和Key数的对比），分配一个更大的buffer，然后逐步将数据从老的buffer迁移到新的buffer。一般情况下只使用 0 号哈希表，只有在 rehash 进行时，才会同时使用 0 号和 1 号哈希表。

redisObject是真正存储redis各种类型的结构，在Redis源码的redis.h文件中，定义了这些结构：

/* A redis object, that is a type able to hold a string / list / set */

/* The actual Redis Object */

\#define REDIS_LRU_BITS 24

\#define REDIS_LRU_CLOCK_MAX ((1<<REDIS_LRU_BITS)-1) /* Max value of obj->lru */

\#define REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION 1000 /* LRU clock resolution in ms */

typedef struct redisObject {

  unsigned type:4;

  unsigned encoding:4;

  unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */

  int refcount;

  void *ptr;

} robj;

其中type即Redis支持的逻辑类型，包括：

/* Object types */

\#define REDIS_STRING 0

\#define REDIS_LIST 1

\#define REDIS_SET 2

\#define REDIS_ZSET 3

\#define REDIS_HASH 4

即前面所列举的五种数据类型。type定义的只是逻辑类型，encoding才是物理存储方式，**一种逻辑类型可以使用不同的存储方式**，包括：

/* Objects encoding. Some kind of objects like Strings and Hashes can be

 \* internally represented in multiple ways. The 'encoding' field of the object

 \* is set to one of this fields for this object. */

\#define REDIS_ENCODING_RAW 0   /* Raw representation */

\#define REDIS_ENCODING_INT 1   /* Encoded as integer */

\#define REDIS_ENCODING_HT 2   /* Encoded as hash table */

\#define REDIS_ENCODING_ZIPMAP 3 /* Encoded as zipmap */

\#define REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 4 /* Encoded as regular linked list */

\#define REDIS_ENCODING_ZIPLIST 5 /* Encoded as ziplist */

\#define REDIS_ENCODING_INTSET 6 /* Encoded as intset */

\#define REDIS_ENCODING_SKIPLIST 7 /* Encoded as skiplist */

\#define REDIS_ENCODING_EMBSTR 8 /* Embedded sds string encoding */

• REDIS_ENCODING_RAW 即原生态的存储结构，就是以字符串形式存储，字符串类型在redis中用sds(simple dynamic string)封装，主要为了解决长度计算和追加效率的问题。
• REDIS_ENCODING_INT 代表整数，以long型存储。
• REDIS_ENCODING_HT 代表哈希表（Hash Table），以哈希表结构存储，与字典的实现方法一致。
• REDIS_ENCODING_ZIPMAP 其实质是用一个字符串数组来依次保存key和value，查询时是依次遍列每个 key-value 对，直到查到为止。
  
  2.png
• REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 代表链表，以典型的链表结构存储。
• REDIS_ENCODING_ZIPLIST 代表一种双端列表，且通过特殊的格式定义，压缩内存适用，以时间换空间。ZIPLIST适合小数据量的读场景，不适合大数据量的多写/删除场景。
  
  3.png
• REDIS_ENCODING_INTSET 是用一个有序的整数数组来实现的。
  
  4.png
• REDIS_ENCODING_SKIPLIST 同时采用字典和有序集两种数据结构来保存数据元素。跳跃表（SkipList）是一个特殊的链表，相比一般的链表，有更高的查找效率，其效率可比拟于二叉查找树。一张关于跳表和跳表搜索过程如下图：
  
  5.png
  
  在图中，需要寻找 68，在给出的查找过程中，利用跳表数据结构优势，只比较了 3次，横箭头不比较，竖箭头比较。由此可见，跳表预先间隔地保存了有序链表中的节点，从而在查找过程中能达到类似于二分搜索的效果，而二分搜索思想就是通过比较中点数据放弃另一半的查找，从而节省一半的查找时间。
  缺点即浪费了空间，自古空间和时间两难全。
• REDIS_ENCODING_EMBSTR 代表使用embstr 编码的简单动态字符串。好处有如下几点： embstr的创建只需分配一次内存，而raw为两次（一次为sds分配对象，另一次为objet分配对象，embstr省去了第一次）。相对地，释放内存的次数也由两次变为一次。embstr的objet和sds放在一起，更好地利用缓存带来的优势。需要注意的是，Redis并未提供任何修改embstr的方式，即embstr是只读的形式。对embstr的修改实际上是先转换为raw再进行修改。

6.1 字符串的存储结构

Redis的所有的key都采用字符串保存，而值可以是字符串，列表，哈希，集合和有序集合对象的其中一种。

字符串存储的逻辑类型即REDIS_STRING，其物理实现（enconding）可以为 REDIS_ENCODING_INT、REDIS_ENCODING_EMBSTR 或 REDIS_ENCODING_RAW。

首先，如果可以使用REDIS_ENCODING_EMBSTR编码，Redis首选REDIS_ENCODING_EMBSTR保存，；其次，如果可以转换，Redis会尝试将一个字符串转化为Long，保存为REDIS_ENCODING_INT，如“26”、“180”等；最后，Redis会保存为REDIS_ENCODING_RAW，如“chenlongfei”、“Redis”等。

6.2 哈希的存储结构

REDIS_HASH可以有两种encoding方式： REDIS_ENCODING_ZIPLIST 和 REDIS_ENCODING_HT

Hash表默认的编码格式为REDIS_ENCODING_ZIPLIST，在收到来自用户的插入数据的命令时：

（1）调用hashTypeTryConversion函数检查键/值的长度大于配置的hash_max_ziplist_value（默认64）

（2）调用hashTypeSet判断节点数量大于配置的hash_max_ziplist_entries （默认512）

以上任意条件满足则将Hash表的数据结构从REDIS_ENCODING_ZIPLIST转为REDIS_ENCODING_HT。

6.3 列表的存储结构

REDIS_SET有两种encoding方式，REDIS_ENCODING_ZIPLIST和REDIS_ENCODING_LINKEDLIST。

列表的默认编码格式为REDIS_ENCODING_ZIPLIST，当满足以下条件时，编码格式转换为REDIS_ENCODING_LINKEDLIST：

（1）元素大小大于list-max-ziplist-value（默认64）

（2）元素个数大于 配置的list-max-ziplist-entries（默认512）

6.4 集合的存储结构

REDIS_SET有两种encoding方式： REDIS_ENCODING_INTSET 和 REDIS_ENCODING_HT。

集合的元素类型和数量决定了encoding方式，默认采用REDIS_ENCODING_INTSET ，当满足以下条件时，转换为REDIS_ENCODING_HT：

（1）元素类型不是整数

（2）元素个数超过配置的set-max-intset-entries（默认512）

6.5 有序列表的存储结构

REDIS_ZSET有两种encoding方式： REDIS_ENCODING_ZIPLIST（同上）和 REDIS_ENCODING_SKIPLIST。

由于有序集合每一个元素包括：<member，score>两个属性，为了保证对member和score都有很好的查询性能，REDIS_ENCODING_SKIPLIST同时采用字典和有序集两种数据结构来保存数据元素。字典和有序集通过指针指向同一个数据节点来避免数据冗余。

字典中使用member作为key，score作为value，从而保证在O(1)时间对member的查找跳跃表基于score做排序，从而保证在 O(logN) 时间内完成通过score对memer的查询。

有序集合默认也是采用REDIS_ENCODING_ZIPLIST的实现，当满足以下条件时，转换为REDIS_ENCODING_SKIPLIST：

（1）数据元素个数超过配置zset_max_ziplist_entries 的值（默认值为 128 ）

（2）新添加元素的 member 的长度大于配置的zset_max_ziplist_value 的值（默认值为 64 ）

6.6 总结

针对同一种数据类型，Redis会根据元素类型/大小/个数采用不同的编码方式，不同的编码方式在内存使用效率/查询效率上差距巨大，可以通过配置文件调整参数来达到最优。