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第三章 基础数据结构 v1.0 ​

一、Redis 数据结构概览 ​

Redis 提供了多种数据结构，每种都有不同的适用场景。选择合适的数据结构可以让开发更高效、性能更优。

数据结构说明典型场景
String字符串，最基础的类型缓存、计数器、分布式锁
Hash哈希表，存储对象用户信息、商品详情
List有序列表消息队列、最新动态
Set无序集合，元素唯一标签、好友关系、去重
Sorted Set有序集合，按分数排序排行榜、延迟队列

二、String（字符串） ​

String 是 Redis 最基本的类型，一个 key 对应一个 value。字符串 value 最大可以存储 512MB。

String 是二进制安全的，可以包含任意数据（图片、序列化对象等）。

1.内部编码 ​

编码方式条件
int值为整数且小于 2^63
embstr值为字符串且长度 ≤ 44 字节
raw值为字符串且长度 > 44 字节

2.典型场景 ​

bash
# 缓存
SET user:1001 '{"name":"John","age":25}'

# 计数器
INCR article:1001:views

# 分布式锁
SET lock:order:1001 "owner_id" EX 10 NX

# Session 存储
SET session:abc123 "user_data" EX 3600

三、Hash（哈希） ​

Hash 是 field 和 value 的映射表，适合存储对象。每个 Hash 可以存储 2^32 - 1 个键值对（40多亿）。

1.内部编码 ​

编码方式条件
ziplist字段数量 < 128 且每个值 < 64 字节
hashtable不满足 ziplist 条件时自动转换

2.典型场景 ​

bash
# 存储用户信息
HSET user:1001 name "John" age 25 city "Beijing"

# 购物车
HSET cart:user1001 product:2001 1
HSET cart:user1001 product:2002 3

3.与 String 存储对象的对比 ​

对比项String (JSON)Hash
读取单个字段需要反序列化整个 JSON直接读取
更新单个字段需要读取→修改→写入直接修改
内存占用较少ziplist 较少，hashtable 较多
适用场景读多写少、整体操作需要频繁读写单个字段

四、List（列表） ​

List 是按照插入顺序排序的字符串列表，可以从头部或尾部操作。一个列表最多可以存储 2^32 - 1 个元素。

1.内部编码 ​

编码方式条件
ziplist元素数量 < 128 且每个值 < 64 字节
linkedlist不满足 ziplist 条件时自动转换

2.典型场景 ​

bash
# 消息队列（简易版）
LPUSH msg:queue "message1"
RPOP msg:queue

# 最新动态列表
LPUSH timeline:user1001 "post:5001"
LTRIM timeline:user1001 0 49  # 只保留最新50条

# 阻塞队列
BRPOP msg:queue 30  # 阻塞等待，最多30秒

五、Set（集合） ​

Set 是 String 类型的无序集合，成员唯一。通过哈希表实现，添加、删除、查找的复杂度都是 O(1)。

1.内部编码 ​

编码方式条件
intset全部为整数且数量 < 128
hashtable不满足 intset 条件时

2.典型场景 ​

bash
# 标签系统
SADD article:1001:tags "redis" "database" "nosql"

# 好友关系
SADD user:1001:friends 1002
SADD user:1001:friends 1003

# 共同好友
SINTER user:1001:friends user:1002:friends

# 去重统计
SADD ip:2024-01-01 "192.168.1.1"
SCARD ip:2024-01-01  # 统计独立 IP 数

六、Sorted Set（有序集合） ​

Sorted Set 的每个成员关联一个 double 类型的分数（score），Redis 根据分数从小到大排序。成员唯一，分数可以重复。

1.内部编码 ​

编码方式条件
ziplist元素数量 < 128 且每个值 < 64 字节
skiplist不满足 ziplist 条件时自动转换

2.典型场景 ​

bash
# 排行榜
ZADD leaderboard 95 "player:1001"
ZADD leaderboard 87 "player:1002"
ZADD leaderboard 99 "player:1003"

# 获取 Top 3（分数从高到低）
ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES

# 延迟队列（分数 = 执行时间戳）
ZADD delay:queue 1704067200 "task:1"

# 范围查询
ZRANGEBYSCORE delay:queue 0 1704067200 LIMIT 0 10

七、数据结构选择建议 ​

需求推荐结构原因
简单缓存String最简单高效
存储对象（需独立修改字段）Hash支持单字段操作
排序、排名Sorted Set天然支持分数排序
去重、交集、并集Set唯一性 + 集合运算
先进先出队列List头尾操作 O(1)
消息队列（需要确认）Stream持久化 + 消费者组
统计 UVHyperLogLog固定内存，大数据量
签到打卡BitMap按 bit 存储，极省内存
地理位置Geo内置距离计算