Redis 資料結構和主要命令

String 是 Redis 的基礎資料型別，Redis 沒有 Int、Float、Boolean 等資料型別的概念，所有的基本型別在 Redis 中都以 String 體現。

與 String 相關的常用命令：

1. SET：為一個 key 設定 value，可以配合 EX/PX 引數指定 key 的有效期，透過 NX/XX 引數針對 key 是否存在的情況進行區別操作，時間複雜度 O(1)

2. GET：獲取某個 key 對應的 value，時間複雜度 O(1)

3. GETSET：為一個 key 設定 value，並傳回該 key 的原 value，時間複雜度 O(1)

4. MSET：為多個 key 設定 value，時間複雜度 O(N)

5. MSETNX：同 MSET，如果指定的 key 中有任意一個已存在，則不進行任何操作，時間複雜度 O(N)

6. MGET：獲取多個 key 對應的 value，時間複雜度 O(N)

上文提到過，Redis 的基本資料型別只有 String，但 Redis 可以把 String 作為整型或浮點型數字來使用，主要體現在 INCR、DECR 類的命令上：

1. INCR：將 key 對應的 value 值自增 1，並傳回自增後的值。只對可以轉換為整型的 String 資料起作用。時間複雜度 O(1)

2. INCRBY：將 key 對應的 value 值自增指定的整型數值，並傳回自增後的值。只對可以轉換為整型的 String 資料起作用。時間複雜度 O(1)

3. DECR/DECRBY：同 INCR/INCRBY，自增改為自減。

INCR/DECR 系列命令要求操作的 value 型別為 String，並可以轉換為 64 位帶符號的整型數字，否則會傳回錯誤。

也就是說，進行 INCR/DECR 系列命令的 value，必須在 [-2^63 ~ 2^63 – 1] 範圍內。

前文提到過，Redis 採用單執行緒模型，天然是執行緒安全的，這使得 INCR/DECR 命令可以非常便利的實現高併發場景下的精確控制。

例 1：庫存控制

在高併發場景下實現庫存餘量的精準校驗，確保不出現超賣的情況。

設定庫存總量：

SET inv:remain “100”

庫存扣減 + 餘量校驗：

DECR inv:remain

當 DECR 命令傳回值大於等於 0 時，說明庫存餘量校驗透過，如果傳回小於 0 的值，則說明庫存已耗盡。

假設同時有 300 個併發請求進行庫存扣減，Redis 能夠確保這 300 個請求分別得到 99 到 – 200 的傳回值，每個請求得到的傳回值都是唯一的，絕對不會找出現兩個請求得到一樣的傳回值的情況。

例 2：自增序列生成

實現類似於 RDBMS 的 Sequence 功能，生成一系列唯一的序列號

設定序列起始值：

SET sequence “10000”

獲取一個序列值：

INCR sequence

直接將傳回值作為序列使用即可。

獲取一批（如 100 個）序列值：

INCRBY sequence 100

假設傳回值為 N，那麼 [N – 99 ~ N] 的數值都是可用的序列值。

當多個客戶端同時向 Redis 申請自增序列時，Redis 能夠確保每個客戶端得到的序列值或序列範圍都是全域性唯一的，絕對不會出現不同客戶端得到了重覆的序列值的情況。

 常用命令三：List

Redis 的 List 是連結串列型的資料結構，可以使用 LPUSH/RPUSH/LPOP/RPOP 等命令在 List 的兩端執行插入元素和彈出元素的操作。雖然 List 也支援在特定 index 上插入和讀取元素的功能，但其時間複雜度較高（O(N)），應小心使用。

與 List 相關的常用命令：

1. LPUSH：向指定 List 的左側（即頭部）插入 1 個或多個元素，傳回插入後的 List 長度。時間複雜度 O(N)，N 為插入元素的數量

2. RPUSH：同 LPUSH，向指定 List 的右側（即尾部）插入 1 或多個元素

3. LPOP：從指定 List 的左側（即頭部）移除一個元素並傳回，時間複雜度 O(1)

4. RPOP：同 LPOP，從指定 List 的右側（即尾部）移除 1 個元素並傳回

5. LPUSHX/RPUSHX：與 LPUSH/RPUSH 類似，區別在於，LPUSHX/RPUSHX 操作的 key 如果不存在，則不會進行任何操作

6. LLEN：傳回指定 List 的長度，時間複雜度 O(1)

7. LRANGE：傳回指定 List 中指定範圍的元素（雙端包含，即 LRANGE key 0 10 會傳回 11 個元素），時間複雜度 O(N)。應盡可能控制一次獲取的元素數量，一次獲取過大範圍的 List 元素會導致延遲，同時對長度不可預知的 List，避免使用 LRANGE key 0 -1 這樣的完整遍歷操作。

應謹慎使用的 List 相關命令：

1. LINDEX：傳回指定 List 指定 index 上的元素，如果 index 越界，傳回 nil。index 數值是迴環的，即 – 1 代表 List 最後一個位置，-2 代表 List 倒數第二個位置。時間複雜度 O(N)

2. LSET：將指定 List 指定 index 上的元素設定為 value，如果 index 越界則傳回錯誤，時間複雜度 O(N)，如果操作的是頭 / 尾部的元素，則時間複雜度為 O(1)

3. LINSERT：向指定 List 中指定元素之前 / 之後插入一個新元素，並傳回操作後的 List 長度。如果指定的元素不存在，傳回 – 1。如果指定 key 不存在，不會進行任何操作，時間複雜度 O(N)

由於 Redis 的 List 是連結串列結構的，上述的三個命令的演演算法效率較低，需要對 List 進行遍歷，命令的耗時無法預估，在 List 長度大的情況下耗時會明顯增加，應謹慎使用。

換句話說，Redis 的 List 實際是設計來用於實現佇列，而不是用於實現類似 ArrayList 這樣的串列的。如果你不是想要實現一個雙端出入的佇列，那麼請儘量不要使用 Redis 的 List 資料結構。

為了更好支援佇列的特性，Redis 還提供了一系列阻塞式的操作命令，如 BLPOP/BRPOP 等，能夠實現類似於 BlockingQueue 的能力，即在 List 為空時，阻塞該連線，直到 List 中有物件可以出隊時再傳回。針對阻塞類的命令，此處不做詳細探討，請參考官方檔案（https://redis.io/topics/data-types-intro） 中”Blocking operations on lists” 一節。

 常用命令四：Hash

Hash 即雜湊表，Redis 的 Hash 和傳統的雜湊表一樣，是一種 field-value 型的資料結構，可以理解成將 HashMap 搬入 Redis。

Hash 非常適合用於表現物件型別的資料，用 Hash 中的 field 對應物件的 field 即可。

Hash 的優點包括：

1. 可以實現二元查詢，如” 查詢 ID 為 1000 的使用者的年齡”

2. 比起將整個物件序列化後作為 String 儲存的方法，Hash 能夠有效地減少網路傳輸的消耗

3. 當使用 Hash 維護一個集合時，提供了比 List 效率高得多的隨機訪問命令

與 Hash 相關的常用命令：

1. HSET：將 key 對應的 Hash 中的 field 設定為 value。如果該 Hash 不存在，會自動建立一個。時間複雜度 O(1)

2. HGET：傳回指定 Hash 中 field 欄位的值，時間複雜度 O(1)

3. HMSET/HMGET：同 HSET 和 HGET，可以批次操作同一個 key 下的多個 field，時間複雜度：O(N)，N 為一次操作的 field 數量

4. HSETNX：同 HSET，但如 field 已經存在，HSETNX 不會進行任何操作，時間複雜度 O(1)

5. HEXISTS：判斷指定 Hash 中 field 是否存在，存在傳回 1，不存在傳回 0，時間複雜度 O(1)

6. HDEL：刪除指定 Hash 中的 field（1 個或多個），時間複雜度：O(N)，N 為操作的 field 數量

7. HINCRBY：同 INCRBY 命令，對指定 Hash 中的一個 field 進行 INCRBY，時間複雜度 O(1)

應謹慎使用的 Hash 相關命令：

1. HGETALL：傳回指定 Hash 中所有的 field-value 對。傳回結果為陣列，陣列中 field 和 value 交替出現。時間複雜度 O(N)

2. HKEYS/HVALS：傳回指定 Hash 中所有的 field/value，時間複雜度 O(N)

上述三個命令都會對 Hash 進行完整遍歷，Hash 中的 field 數量與命令的耗時線性相關，對於尺寸不可預知的 Hash，應嚴格避免使用上面三個命令，而改為使用 HSCAN 命令進行遊標式的遍歷，具體請見 https://redis.io/commands/scan

 常用命令五：Set

Redis Set 是無序的，不可重覆的 String 集合。

與 Set 相關的常用命令：

1. SADD：向指定 Set 中新增 1 個或多個 member，如果指定 Set 不存在，會自動建立一個。時間複雜度 O(N)，N 為新增的 member 個數

2. SREM：從指定 Set 中移除 1 個或多個 member，時間複雜度 O(N)，N 為移除的 member 個數

3. SRANDMEMBER：從指定 Set 中隨機傳回 1 個或多個 member，時間複雜度 O(N)，N 為傳回的 member 個數

4. SPOP：從指定 Set 中隨機移除並傳回 count 個 member，時間複雜度 O(N)，N 為移除的 member 個數

5. SCARD：傳回指定 Set 中的 member 個數，時間複雜度 O(1)

6. SISMEMBER：判斷指定的 value 是否存在於指定 Set 中，時間複雜度 O(1)

7. SMOVE：將指定 member 從一個 Set 移至另一個 Set

慎用的 Set 相關命令：

1. SMEMBERS：傳回指定 Hash 中所有的 member，時間複雜度 O(N)

2. SUNION/SUNIONSTORE：計算多個 Set 的並集並傳回 / 儲存至另一個 Set 中，時間複雜度 O(N)，N 為參與計算的所有集合的總 member 數

3. SINTER/SINTERSTORE：計算多個 Set 的交集並傳回 / 儲存至另一個 Set 中，時間複雜度 O(N)，N 為參與計算的所有集合的總 member 數

4. SDIFF/SDIFFSTORE：計算 1 個 Set 與 1 或多個 Set 的差集並傳回 / 儲存至另一個 Set 中，時間複雜度 O(N)，N 為參與計算的所有集合的總 member 數。

上述幾個命令涉及的計算量大，應謹慎使用，特別是在參與計算的 Set 尺寸不可知的情況下，應嚴格避免使用。可以考慮透過 SSCAN 命令遍歷獲取相關 Set 的全部 member（具體請見 https://redis.io/commands/scan ），如果需要做並集 / 交集 / 差集計算，可以在客戶端進行，或在不服務實時查詢請求的 Slave 上進行。

 常用命令六：Sorted Set

Redis Sorted Set 是有序的、不可重覆的 String 集合。Sorted Set 中的每個元素都需要指派一個分數 (score)，Sorted Set 會根據 score 對元素進行升序排序。如果多個 member 擁有相同的 score，則以字典序進行升序排序。

Sorted Set 非常適合用於實現排名。

Sorted Set 的主要命令：

1. ZADD：向指定 Sorted Set 中新增 1 個或多個 member，時間複雜度 O(Mlog(N))，M 為新增的 member 數量，N 為 Sorted Set 中的 member 數量

2. ZREM：從指定 Sorted Set 中刪除 1 個或多個 member，時間複雜度 O(Mlog(N))，M 為刪除的 member 數量，N 為 Sorted Set 中的 member 數量

3. ZCOUNT：傳回指定 Sorted Set 中指定 score 範圍內的 member 數量，時間複雜度：O(log(N))

4. ZCARD：傳回指定 Sorted Set 中的 member 數量，時間複雜度 O(1)

5. ZSCORE：傳回指定 Sorted Set 中指定 member 的 score，時間複雜度 O(1)

6. ZRANK/ZREVRANK：傳回指定 member 在 Sorted Set 中的排名，ZRANK 傳回按升序排序的排名，ZREVRANK 則傳回按降序排序的排名。時間複雜度 O(log(N))

7. ZINCRBY：同 INCRBY，對指定 Sorted Set 中的指定 member 的 score 進行自增，時間複雜度 O(log(N))

慎用的 Sorted Set 相關命令：

1. ZRANGE/ZREVRANGE：傳回指定 Sorted Set 中指定排名範圍內的所有 member，ZRANGE 為按 score 升序排序，ZREVRANGE 為按 score 降序排序，時間複雜度 O(log(N)+M)，M 為本次傳回的 member 數

2. ZRANGEBYSCORE/ZREVRANGEBYSCORE：傳回指定 Sorted Set 中指定 score 範圍內的所有 member，傳回結果以升序 / 降序排序，min 和 max 可以指定為 – inf 和 + inf，代表傳回所有的 member。時間複雜度 O(log(N)+M)

3. ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE：移除 Sorted Set 中指定排名範圍 / 指定 score 範圍內的所有 member。時間複雜度 O(log(N)+M)

上述幾個命令，應儘量避免傳遞 [0 -1] 或 [-inf +inf] 這樣的引數，來對 Sorted Set 做一次性的完整遍歷，特別是在 Sorted Set 的尺寸不可預知的情況下。可以透過 ZSCAN 命令來進行遊標式的遍歷（具體請見 https://redis.io/commands/scan ），或透過 LIMIT 引數來限制傳回 member 的數量（適用於 ZRANGEBYSCORE 和 ZREVRANGEBYSCORE 命令），以實現遊標式的遍歷。

 常用命令七：Bitmap 和 HyperLogLog

Redis 的這兩種資料結構相較之前的並不常用，在本文中只做簡要介紹，如想要詳細瞭解這兩種資料結構與其相關的命令，請參考官方檔案 https://redis.io/topics/data-types-intro 中的相關章節

Bitmap 在 Redis 中不是一種實際的資料型別，而是一種將 String 作為 Bitmap 使用的方法。可以理解為將 String 轉換為 bit 陣列。使用 Bitmap 來儲存 true/false 型別的簡單資料極為節省空間。

HyperLogLogs 是一種主要用於數量統計的資料結構，它和 Set 類似，維護一個不可重覆的 String 集合，但是 HyperLogLogs 並不維護具體的 member 內容，只維護 member 的個數。也就是說，HyperLogLogs 只能用於計算一個集合中不重覆的元素數量，所以它比 Set 要節省很多記憶體空間。

 其他常用命令

1. EXISTS：判斷指定的 key 是否存在，傳回 1 代表存在，0 代表不存在，時間複雜度 O(1)

2. DEL：刪除指定的 key 及其對應的 value，時間複雜度 O(N)，N 為刪除的 key 數量

3. EXPIRE/PEXPIRE：為一個 key 設定有效期，單位為秒或毫秒，時間複雜度 O(1)

4. TTL/PTTL：傳回一個 key 剩餘的有效時間，單位為秒或毫秒，時間複雜度 O(1)

5. RENAME/RENAMENX：將 key 重新命名為 newkey。使用 RENAME 時，如果 newkey 已經存在，其值會被改寫；使用 RENAMENX 時，如果 newkey 已經存在，則不會進行任何操作，時間複雜度 O(1)

6. TYPE：傳回指定 key 的型別，string, list, set, zset, hash。時間複雜度 O(1)

7. CONFIG GET：獲得 Redis 某配置項的當前值，可以使用 * 萬用字元，時間複雜度 O(1)

8. CONFIG SET：為 Redis 某個配置項設定新值，時間複雜度 O(1)

9. CONFIG REWRITE：讓 Redis 重新載入 redis.conf 中的配置

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