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redis的五大數(shù)據(jù)類型應(yīng)用場(chǎng)景分析

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1、對(duì)象的類型與編碼

  Redis使用前面說的五大數(shù)據(jù)類型來表示鍵和值,每次在Redis數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一個(gè)鍵值對(duì)時(shí),至少會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)對(duì)象,一個(gè)是鍵對(duì)象,一個(gè)是值對(duì)象,而Redis中的每個(gè)對(duì)象都是由 redisObject 結(jié)構(gòu)來表示:

typedef struct redisObject{
     //類型
     unsigned type:4;
     //編碼
     unsigned encoding:4;
     //指向底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針
     void *ptr;
     //引用計(jì)數(shù)
     int refcount;
     //記錄最后一次被程序訪問的時(shí)間
     unsigned lru:22;
 
}robj

①、type屬性

  對(duì)象的type屬性記錄了對(duì)象的類型,這個(gè)類型就是前面講的五大數(shù)據(jù)類型:

  可以通過如下命令來判斷對(duì)象類型:

type key

  注意:在Redis中,鍵總是一個(gè)字符串對(duì)象,而值可以是字符串、列表、集合等對(duì)象,所以我們通常說的鍵為字符串鍵,表示的是這個(gè)鍵對(duì)應(yīng)的值為字符串對(duì)象,我們說一個(gè)鍵為集合鍵時(shí),表示的是這個(gè)鍵對(duì)應(yīng)的值為集合對(duì)象。

②、encoding 屬性和 *prt 指針

  對(duì)象的 prt 指針指向?qū)ο蟮讓拥臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由 encoding 屬性來決定。

  而每種類型的對(duì)象都至少使用了兩種不同的編碼:

  可以通過如下命令查看值對(duì)象的編碼:

OBJECT ENCODING key

  比如 string 類型:

2、字符串對(duì)象

  字符串是Redis最基本的數(shù)據(jù)類型,不僅所有key都是字符串類型,其它幾種數(shù)據(jù)類型構(gòu)成的元素也是字符串。注意字符串的長(zhǎng)度不能超過512M。

 ?、?、編碼

  字符串對(duì)象的編碼可以是int,raw或者embstr。

  1、int 編碼:保存的是可以用 long 類型表示的整數(shù)值。

  2、raw 編碼:保存長(zhǎng)度大于44字節(jié)的字符串。

  3、embstr 編碼:保存長(zhǎng)度小于44字節(jié)的字符串。

  由上可以看出,int 編碼是用來保存整數(shù)值,raw編碼是用來保存長(zhǎng)字符串,而embstr是用來保存短字符串。其實(shí) embstr 編碼是專門用來保存短字符串的一種優(yōu)化編碼,raw 和 embstr 的區(qū)別:

  embstr與raw都使用redisObject和sds保存數(shù)據(jù),區(qū)別在于,embstr的使用只分配一次內(nèi)存空間(因此redisObject和sds是連續(xù)的),而raw需要分配兩次內(nèi)存空間(分別為redisObject和sds分配空間)。因此與raw相比,embstr的好處在于創(chuàng)建時(shí)少分配一次空間,刪除時(shí)少釋放一次空間,以及對(duì)象的所有數(shù)據(jù)連在一起,尋找方便。而embstr的壞處也很明顯,如果字符串的長(zhǎng)度增加需要重新分配內(nèi)存時(shí),整個(gè)redisObject和sds都需要重新分配空間,因此redis中的embstr實(shí)現(xiàn)為只讀。

  ps:Redis中對(duì)于浮點(diǎn)數(shù)類型也是作為字符串保存的,在需要的時(shí)候再將其轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)類型。

 ?、?、編碼的轉(zhuǎn)換

  當(dāng) int 編碼保存的值不再是整數(shù),或大小超過了long的范圍時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)化為raw。

  對(duì)于 embstr 編碼,由于 Redis 沒有對(duì)其編寫任何的修改程序(embstr 是只讀的),在對(duì)embstr對(duì)象進(jìn)行修改時(shí),都會(huì)先轉(zhuǎn)化為raw再進(jìn)行修改,因此,只要是修改embstr對(duì)象,修改后的對(duì)象一定是raw的,無論是否達(dá)到了44個(gè)字節(jié)。

3、列表對(duì)象

  list 列表,它是簡(jiǎn)單的字符串列表,按照插入順序排序,你可以添加一個(gè)元素到列表的頭部(左邊)或者尾部(右邊),它的底層實(shí)際上是個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)。

 ?、佟⒕幋a

  列表對(duì)象的編碼可以是 ziplist(壓縮列表) 和 linkedlist(雙端鏈表)。

  比如我們執(zhí)行以下命令,創(chuàng)建一個(gè) key = ‘numbers',value = ‘1 three 5' 的三個(gè)值的列表。

rpush numbers 1 "three" 5

  ziplist 編碼表示如下:

  linkedlist表示如下:

  ②、編碼轉(zhuǎn)換

  當(dāng)同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件時(shí),使用ziplist(壓縮列表)編碼:

  1、列表保存元素個(gè)數(shù)小于512個(gè)

  2、每個(gè)元素長(zhǎng)度小于64字節(jié)

  不能滿足這兩個(gè)條件的時(shí)候使用 linkedlist 編碼。

  上面兩個(gè)條件可以在redis.conf 配置文件中的 list-max-ziplist-value選項(xiàng)和 list-max-ziplist-entries 選項(xiàng)進(jìn)行配置。

4、哈希對(duì)象

  哈希對(duì)象的鍵是一個(gè)字符串類型,值是一個(gè)鍵值對(duì)集合。

  ①、編碼

  哈希對(duì)象的編碼可以是 ziplist 或者 hashtable。

  當(dāng)使用ziplist,也就是壓縮列表作為底層實(shí)現(xiàn)時(shí),新增的鍵值對(duì)是保存到壓縮列表的表尾。比如執(zhí)行以下命令:

hset profile name "Tom"
hset profile age 25
hset profile career "Programmer"

  如果使用ziplist,profile 存儲(chǔ)如下:

  當(dāng)使用 hashtable 編碼時(shí),上面命令存儲(chǔ)如下:

  hashtable 編碼的哈希表對(duì)象底層使用字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),哈希對(duì)象中的每個(gè)鍵值對(duì)都使用一個(gè)字典鍵值對(duì)。

  在前面介紹壓縮列表時(shí),我們介紹過壓縮列表是Redis為了節(jié)省內(nèi)存而開發(fā)的,是由一系列特殊編碼的連續(xù)內(nèi)存塊組成的順序型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),相對(duì)于字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),壓縮列表用于元素個(gè)數(shù)少、元素長(zhǎng)度小的場(chǎng)景。其優(yōu)勢(shì)在于集中存儲(chǔ),節(jié)省空間。

 ?、?、編碼轉(zhuǎn)換

  和上面列表對(duì)象使用 ziplist 編碼一樣,當(dāng)同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件時(shí),使用ziplist(壓縮列表)編碼:

  1、列表保存元素個(gè)數(shù)小于512個(gè)

  2、每個(gè)元素長(zhǎng)度小于64字節(jié)

  不能滿足這兩個(gè)條件的時(shí)候使用 hashtable 編碼。第一個(gè)條件可以通過配置文件中的 set-max-intset-entries 進(jìn)行修改。

5、集合對(duì)象

 集合對(duì)象 set 是 string 類型(整數(shù)也會(huì)轉(zhuǎn)換成string類型進(jìn)行存儲(chǔ))的無序集合。注意集合和列表的區(qū)別:集合中的元素是無序的,因此不能通過索引來操作元素;集合中的元素不能有重復(fù)。

  ①、編碼

  集合對(duì)象的編碼可以是 intset 或者 hashtable。

  intset 編碼的集合對(duì)象使用整數(shù)集合作為底層實(shí)現(xiàn),集合對(duì)象包含的所有元素都被保存在整數(shù)集合中。

  hashtable 編碼的集合對(duì)象使用 字典作為底層實(shí)現(xiàn),字典的每個(gè)鍵都是一個(gè)字符串對(duì)象,這里的每個(gè)字符串對(duì)象就是一個(gè)集合中的元素,而字典的值則全部設(shè)置為 null。這里可以類比Java集合中HashSet 集合的實(shí)現(xiàn),HashSet 集合是由 HashMap 來實(shí)現(xiàn)的,集合中的元素就是 HashMap 的key,而 HashMap 的值都設(shè)為 null。

SADD numbers 1 3 5

SADD Dfruits "apple" "banana" "cherry"

  ②、編碼轉(zhuǎn)換

  當(dāng)集合同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí),使用 intset 編碼:

  1、集合對(duì)象中所有元素都是整數(shù)

  2、集合對(duì)象所有元素?cái)?shù)量不超過512

  不能滿足這兩個(gè)條件的就使用 hashtable 編碼。第二個(gè)條件可以通過配置文件的 set-max-intset-entries 進(jìn)行配置。

6、有序集合對(duì)象

  和上面的集合對(duì)象相比,有序集合對(duì)象是有序的。與列表使用索引下標(biāo)作為排序依據(jù)不同,有序集合為每個(gè)元素設(shè)置一個(gè)分?jǐn)?shù)(score)作為排序依據(jù)。

  ①、編碼

  有序集合的編碼可以是 ziplist 或者 skiplist。

  ziplist 編碼的有序集合對(duì)象使用壓縮列表作為底層實(shí)現(xiàn),每個(gè)集合元素使用兩個(gè)緊挨在一起的壓縮列表節(jié)點(diǎn)來保存,第一個(gè)節(jié)點(diǎn)保存元素的成員,第二個(gè)節(jié)點(diǎn)保存元素的分值。并且壓縮列表內(nèi)的集合元素按分值從小到大的順序進(jìn)行排列,小的放置在靠近表頭的位置,大的放置在靠近表尾的位置。

ZADD price 8.5 apple 5.0 banana 6.0 cherry

 skiplist 編碼的有序集合對(duì)象使用 zet 結(jié)構(gòu)作為底層實(shí)現(xiàn),一個(gè) zset 結(jié)構(gòu)同時(shí)包含一個(gè)字典和一個(gè)跳躍表:

typedef struct zset{
     //跳躍表
     zskiplist *zsl;
     //字典
     dict *dice;
} zset;

  字典的鍵保存元素的值,字典的值則保存元素的分值;跳躍表節(jié)點(diǎn)的 object 屬性保存元素的成員,跳躍表節(jié)點(diǎn)的 score 屬性保存元素的分值。

  這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會(huì)通過指針來共享相同元素的成員和分值,所以不會(huì)產(chǎn)生重復(fù)成員和分值,造成內(nèi)存的浪費(fèi)。

  說明:其實(shí)有序集合單獨(dú)使用字典或跳躍表其中一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn),但是這里使用兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組合起來,原因是假如我們單獨(dú)使用 字典,雖然能以 O(1) 的時(shí)間復(fù)雜度查找成員的分值,但是因?yàn)樽值涫且詿o序的方式來保存集合元素,所以每次進(jìn)行范圍操作的時(shí)候都要進(jìn)行排序;假如我們單獨(dú)使用跳躍表來實(shí)現(xiàn),雖然能執(zhí)行范圍操作,但是查找操作有 O(1)的復(fù)雜度變?yōu)榱薕(logN)。因此Redis使用了兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來共同實(shí)現(xiàn)有序集合。

 ?、凇⒕幋a轉(zhuǎn)換

  當(dāng)有序集合對(duì)象同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí),對(duì)象使用 ziplist 編碼:

  1、保存的元素?cái)?shù)量小于128;

  2、保存的所有元素長(zhǎng)度都小于64字節(jié)。

  不能滿足上面兩個(gè)條件的使用 skiplist 編碼。以上兩個(gè)條件也可以通過Redis配置文件zset-max-ziplist-entries 選項(xiàng)和 zset-max-ziplist-value 進(jìn)行修改。

7、五大數(shù)據(jù)類型的應(yīng)用場(chǎng)景

  對(duì)于string 數(shù)據(jù)類型,因?yàn)閟tring 類型是二進(jìn)制安全的,可以用來存放圖片,視頻等內(nèi)容,另外由于Redis的高性能讀寫功能,而string類型的value也可以是數(shù)字,可以用作計(jì)數(shù)器(INCR,DECR),比如分布式環(huán)境中統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的在線人數(shù),秒殺等。

  對(duì)于 hash 數(shù)據(jù)類型,value 存放的是鍵值對(duì),比如可以做單點(diǎn)登錄存放用戶信息。

  對(duì)于 list 數(shù)據(jù)類型,可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的消息隊(duì)列,另外可以利用lrange命令,做基于redis的分頁功能

  對(duì)于 set 數(shù)據(jù)類型,由于底層是字典實(shí)現(xiàn)的,查找元素特別快,另外set 數(shù)據(jù)類型不允許重復(fù),利用這兩個(gè)特性我們可以進(jìn)行全局去重,比如在用戶注冊(cè)模塊,判斷用戶名是否注冊(cè);另外就是利用交集、并集、差集等操作,可以計(jì)算共同喜好,全部的喜好,自己獨(dú)有的喜好等功能。

  對(duì)于 zset 數(shù)據(jù)類型,有序的集合,可以做范圍查找,排行榜應(yīng)用,取 TOP N 操作等。

到此這篇關(guān)于redis的五大數(shù)據(jù)類型實(shí)現(xiàn)原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)redis數(shù)據(jù)類型內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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