前言
Redis 提供了 5 種資料結構。理解每種資料結構的特點，對於 Redis 的 開發運維 非常重要，同時掌握 Redis 的 單執行緒命令處理 機制，會使 資料結構 和 命令 的選擇事半功倍。
接下來的幾篇文章，將從如下幾個方面介紹 Redis 的幾種資料結構，命令使用及其應用場景。
- 預備知識：幾個簡單的 全域性命令，資料結構 和 內部編碼，單執行緒命令 處理機制分析。
- 資料結構特性：
5種 資料結構 的特點、命令使用、應用場景。 - 資料管理：鍵管理、遍歷鍵、資料庫管理。
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正文
1. 預備知識
在介紹 5 種 資料結構 之前，需要先了解 Redis 的一些 全域性命令、資料結構 和 內部編碼、單執行緒命令處理機制。
-
Redis的命令有 上百個，理解Redis的一些機制，會發現這些命令有很強的 通用性。 -
Redis不是萬金油，有些 資料結構 和 命令 必須在 特定場景 下使用，一旦 使用不當 可能對Redis本身 或者 應用本身 造成致命傷害。
2. 全域性命令
Redis 有 5 種 資料結構，它們是 鍵值對 中的 值，對於 鍵 來說有一些通用的命令。
2.1. 檢視所有鍵
keys *
下面插入了 3 對字串型別的鍵值對：
127.0.0.1:6379> set hello world
OK
127.0.0.1:6379> set java jedis
OK
127.0.0.1:6379> set python redis-py
OK
複製程式碼命令會將所有的鍵輸出：
127.0.0.1:6379> keys *
1) "python"
2) "java"
3) "hello"
複製程式碼2.2. 鍵總數
dbsize
下面插入一個 列表型別 的 鍵值對（值是 多個元素 組成）：
127.0.0.1:6379> rpush mylist a b c d e f g
(integer) 7
複製程式碼dbsize 命令會返回當前資料庫中 鍵的總數。
127.0.0.1:6379> dbsize
(integer) 4
複製程式碼dbsize 命令在 計算鍵總數 時 不會遍歷 所有鍵，而是直接獲取 Redis 內建的鍵總數變數，所以 dbsize 命令的 時間複雜度 是 O（1）。而 keys 命令會 遍歷 所有鍵，所以它的 時間複雜度 是 O（n），當 Redis 儲存了 大量鍵 時，線上環境 禁止 使用。
2.3. 檢查鍵是否存在
exists key
如果鍵存在則返回 1，不存在則返回 0：
127.0.0.1:6379> exists java
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists not_exist_key
(integer) 0
複製程式碼2.4. 刪除鍵
del key
del 是一個 通用命令，無論值是什麼 資料結構 型別，del 命令都可以將其 刪除。
127.0.0.1:6379> del java
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists java
(integer) 0
127.0.0.1:6379> del not_exist_key
(integer) 0
127.0.0.1:6379> exists not_exist_key
(integer) 0
複製程式碼返回結果為 成功刪除 的 鍵的個數，假設刪除一個 不存在 的鍵，就會返回 0。
2.5. 鍵過期
expire key seconds
Redis 支援對 鍵 新增 過期時間，當超過過期時間後，會 自動刪除鍵，例如為鍵 hello 設定 10 秒過期時間：
127.0.0.1:6379> set hello world
OK
127.0.0.1:6379> expire hello 10
(integer) 0
複製程式碼ttl 命令會返回鍵的 剩餘過期時間，它有 3 種返回值：
- 大於等於
0的整數：表示鍵 剩餘 的 過期時間。 - 返回
-1：鍵 沒設定 過期時間。 - 返回
-2：鍵 不存在。
可以通過 ttl 命令觀察 鍵 hello 的 剩餘過期時間：
# 還剩7秒
127.0.0.1:6379> ttl hello(integer)
(integer) 7
...
# 還剩1秒
127.0.0.1:6379> ttl hello(integer)
(integer) 1
# 返回結果為-2，說明鍵hello已經被刪除
127.0.0.1:6379> ttl hello(integer)
(integer) -2
127.0.0.1:6379> get hello
(nil)
複製程式碼2.6. 鍵的資料結構型別
type key
例如鍵 hello 是的值 字串型別，返回結果為 string。鍵 mylist 的值是 列表型別，返回結果為 list。如果鍵不存在，則返回 none。
127.0.0.1:6379> set a b
OK
127.0.0.1:6379> type a
string
127.0.0.1:6379> rpush mylist a b c d e f g
(integer) 7
127.0.0.1:6379> type mylist
list
複製程式碼3. 資料結構和內部編碼
type 命令實際返回的就是當前 鍵 的 資料結構型別，它們分別是：string（字串）、hash（雜湊）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合），但這些只是 Redis 對外的 資料結構。如圖所示：
對於每種 資料結構，實際上都有自己底層的 內部編碼 實現，而且是 多種實現。這樣 Redis 會在合適的 場景 選擇合適的 內部編碼，如圖所示：
可以看到，每種 資料結構 都有 兩種以上 的 內部編碼實現。例如 list 資料結構 包含了 linkedlist 和 ziplist 兩種 內部編碼。同時有些 內部編碼，例如 ziplist，可以作為 多種外部資料結構 的內部實現，可以通過 object encoding 命令查詢 內部編碼：
127.0.0.1:6379> object encoding hello
"embstr"
127.0.0.1:6379> object encoding mylist
"quicklist"
複製程式碼可以看到鍵 hello 對應值的 內部編碼 是 embstr，鍵 mylist 對應值的 內部編碼 是 ziplist。
Redis 這樣設計有兩個好處：
-
其一：可以改進 內部編碼，而對外的 資料結構 和 命令 沒有影響。例如
Redis3.2提供的quicklist，結合了ziplist和linkedlist兩者的優勢，為 列表型別 提供了一種 更加高效 的 內部編碼實現。 -
其二：不同 內部編碼 可以在 不同場景 下發揮各自的 優勢。例如
ziplist比較 節省記憶體，但是在列表 元素比較多 的情況下，效能 會有所 下降，這時候Redis會根據 配置，將列表型別的 內部實現 轉換為linkedlist。
4. 單執行緒架構
Redis 使用了 單執行緒架構 和 I/O 多路複用模型 來實現 高效能 的 記憶體資料庫服務。那為什麼 單執行緒 還能這麼快，下面分析原因：
4.1. 純記憶體訪問
Redis 將所有資料放在 記憶體 中，記憶體的 響應時長 大約為 100 納秒，這是 Redis 達到 每秒萬級別 訪問的重要基礎。
4.2. 非阻塞I/O
Redis 使用 epoll 作為 I/O 多路複用技術 的實現，再加上 Redis 自身的 事件處理模型 將 epoll 中的 連線、讀寫、關閉 都轉換為 事件，從而不用不在 網路 I/O 上浪費過多的時間，如圖所示：
4.3. 單執行緒避免執行緒切換和競態產生的消耗
採用 單執行緒 就能達到如此 高的效能，那麼不失為一種不錯的選擇，因為 單執行緒 能帶來幾個好處：
-
單執行緒 可以簡化 資料結構和演算法 的實現，開發人員不需要了解複雜的 併發資料結構。
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單執行緒 避免了 執行緒切換 和 競態 產生的消耗，對於服務端開發來說，鎖和執行緒切換 通常是效能殺手。
單執行緒 的問題：對於 每個命令 的 執行時間 是有要求的。如果某個命令 執行過長，會造成其他命令的 阻塞，對於
Redis這種 高效能 的服務來說是致命的，所以Redis是面向 快速執行 場景的資料庫。
小結
本文堆 Redis 的幾種 資料結構 進行了概述，介紹了幾個簡單的 全域性命令，資料結構 和 內部編碼 以及 單執行緒命令 處理機制分析。
參考
《Redis 開發與運維》
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