1.1 回顧
Redis的五種資料型別分別是string,list,hash,zet,zset。
Redis與Memcached的區別:
- Redis不僅僅支援簡單的k/v型別的資料，同時還提供list，set，zset，hash等資料結構的儲存。
- Redis支援資料的備份，即master-slave模式的資料備份。
- Redis支援資料的持久化，可以將記憶體中的資料保持在磁碟中，重啟的時候可以再次載入進行使用。
2.1 應用場景
Redis內部是如何管理這些資料結構的？
首先Redis內部使用一個redisObject物件來表示所有的key和value，redisObject最主要的資訊如上圖所示：type代表一個value物件具體是何種資料型別，encoding是不同資料型別在redis內部的儲存方式，比如：type=string代表value儲存的是一個普通字串，那麼對應的encoding可以是raw或者是int，如果是int則代表實際redis內部是按數值型類儲存和表示這個字串的，當然前提是這個字串本身可以用數值表示，比如:"123" "456"這樣的字串。
這裡需要特殊說明一下vm欄位，只有開啟了Redis的虛擬記憶體功能，此欄位才會真正的分配記憶體，該功能預設是關閉狀態的。通過上圖我們可以發現Redis使用redisObject來表示所有的key/value資料是比較浪費記憶體的，當然這些記憶體管理成本的付出主要也是為了給Redis不同資料型別提供一個統一的管理介面，實際作者也提供了多種方法幫助我們儘量節省記憶體使用。
2.1.1 String
string 是 redis 最基本的型別，你可以理解成與 Memcached 一模一樣的型別，一個 key 對應一個 value。value其實不僅是String，也可以是數字。string 型別是二進位制安全的。意思是 redis 的 string 可以包含任何資料。比如jpg圖片或者序列化的物件。string 型別是 Redis 最基本的資料型別，string 型別的值最大能儲存 512MB。
常用命令：get、set、incr、decr、mget等。
應用場景：String是最常用的一種資料型別，普通的key/ value 儲存都可以歸為此類，即可以完全實現目前 Memcached 的功能，並且效率更高。還可以享受Redis的定時持久化，操作日誌及 Replication等功能。除了提供與 Memcached 一樣的get、set、incr、decr 等操作外，Redis還提供了下面一些操作：
- 獲取字串長度
- 往字串append內容
- 設定和獲取字串的某一段內容
- 設定及獲取字串的某一位（bit）
- 批量設定一系列字串的內容
使用場景：常規key-value快取應用。常規計數: 微博數, 粉絲數。
實現方式：String在redis內部儲存預設就是一個字串，被redisObject所引用，當遇到incr,decr等操作時會轉成數值型進行計算，此時redisObject的encoding欄位為int。
redis 127.0.0.1:6379> SET name "runoob"
"OK"
redis 127.0.0.1:6379> GET name
"runoob"
注意：一個鍵最大能儲存512MB。
2.1.2 Hash
Redis hash 是一個鍵值(key => value)對集合。Redis hash 是一個 string 型別的 field 和 value 的對映表，hash 特別適合用於儲存物件。
常用命令：hget,hset,hgetall 等。
應用場景：我們簡單舉個例項來描述下Hash的應用場景，比如我們要儲存一個使用者資訊物件資料，包含以下資訊：
使用者ID為查詢的key，儲存的value使用者物件包含姓名，年齡，生日等資訊，如果用普通的key/value結構來儲存，主要有以下2種儲存方式：
第一種方式將使用者ID作為查詢key,把其他資訊封裝成一個物件以序列化的方式儲存，這種方式的缺點是，增加了序列化/反序列化的開銷，並且在需要修改其中一項資訊時，需要把整個物件取回，並且修改操作需要對併發進行保護，引入CAS等複雜問題。
第二種方法是這個使用者資訊物件有多少成員就存成多少個key-value對兒，用使用者ID+對應屬性的名稱作為唯一標識來取得對應屬性的值，雖然省去了序列化開銷和併發問題，但是使用者ID為重複儲存，如果存在大量這樣的資料，記憶體浪費還是非常可觀的。
那麼Redis提供的Hash很好的解決了這個問題，Redis的Hash實際是內部儲存的Value為一個HashMap，並提供了直接存取這個Map成員的介面，如下圖：
也就是說，Key仍然是使用者ID, value是一個Map，這個Map的key是成員的屬性名，value是屬性值，這樣對資料的修改和存取都可以直接通過其內部Map的Key(Redis裡稱內部Map的key為field), 也就是通過 key(使用者ID) + field(屬性標籤) 就可以操作對應屬性資料了，既不需要重複儲存資料，也不會帶來序列化和併發修改控制的問題，很好的解決了問題。
這裡同時需要注意，Redis提供了介面(hgetall)可以直接取到全部的屬性資料，但是如果內部Map的成員很多，那麼涉及到遍歷整個內部Map的操作，由於Redis單執行緒模型的緣故，這個遍歷操作可能會比較耗時，而另其它客戶端的請求完全不響應，這點需要格外注意。
使用場景：儲存部分變更資料，如使用者資訊等。
實現方式：上面已經說到Redis Hash對應Value內部實際就是一個HashMap，實際這裡會有2種不同實現，這個Hash的成員比較少時Redis為了節省記憶體會採用類似一維陣列的方式來緊湊儲存，而不會採用真正的HashMap結構，對應的value redisObject的encoding為zipmap，當成員數量增大時會自動轉成真正的HashMap，此時encoding為ht。
redis> HSET myhash field1 "Hello" field2 "World"
"OK"
redis> HGET myhash field1
"Hello"
redis> HGET myhash field2
"World"
例項中我們使用了 Redis HMSET, HGET 命令，HMSET 設定了兩個 field=>value 對, HGET 獲取對應 field 對應的 value。每個 hash 可以儲存 232 -1 鍵值對（40多億）。
2.1.3 List
Redis list 列表是簡單的字串列表，按照插入順序排序。你可以新增一個元素到列表的頭部（左邊）或者尾部（右邊）。
常用命令：lpush（新增左邊元素）,rpush,lpop（移除左邊第一個元素）,rpop,lrange（獲取列表片段，LRANGE key start stop）等。
應用場景：Redis list的應用場景非常多，也是Redis最重要的資料結構之一，比如twitter的關注列表，粉絲列表等都可以用Redis的list結構來實現。
List 就是連結串列，相信略有資料結構知識的人都應該能理解其結構。使用List結構，我們可以輕鬆地實現最新訊息排行等功能。List的另一個應用就是訊息佇列，
可以利用List的PUSH操作，將任務存在List中，然後工作執行緒再用POP操作將任務取出進行執行。Redis還提供了操作List中某一段的api，你可以直接查詢，刪除List中某一段的元素。
實現方式：Redis list的實現為一個雙向連結串列，即可以支援反向查詢和遍歷，更方便操作，不過帶來了部分額外的記憶體開銷，Redis內部的很多實現，包括髮送緩衝佇列等也都是用的這個資料結構。
Redis的list是每個子元素都是String型別的雙向連結串列，可以通過push和pop操作從列表的頭部或者尾部新增或者刪除元素，這樣List即可以作為棧，也可以作為佇列。 獲取越接近兩端的元素速度越快，但通過索引訪問時會比較慢。
使用場景：
訊息佇列系統：使用list可以構建佇列系統，使用sorted set甚至可以構建有優先順序的佇列系統。比如：將Redis用作日誌收集器，實際上還是一個佇列，多個端點將日誌資訊寫入Redis，然後一個worker統一將所有日誌寫到磁碟。
取最新N個資料的操作：記錄前N個最新登陸的使用者Id列表，超出的範圍可以從資料庫中獲得。
//把當前登入人新增到連結串列裡
ret = r.lpush("login:last_login_times", uid)
//保持連結串列只有N位
ret = redis.ltrim("login:last_login_times", 0, N-1)
//獲得前N個最新登陸的使用者Id列表
last_login_list = r.lrange("login:last_login_times", 0, N-1)
比如微博：
在Redis中我們的最新微博ID使用了常駐快取，這是一直更新的。但是我們做了限制不能超過5000個ID，因此我們的獲取ID函式會一直詢問Redis。只有在start/count引數超出了這個範圍的時候，才需要去訪問資料庫。我們的系統不會像傳統方式那樣“重新整理”快取，Redis例項中的資訊永遠是一致的。SQL資料庫（或是硬碟上的其他型別資料庫）只是在使用者需要獲取“很遠”的資料時才會被觸發，而主頁或第一個評論頁是不會麻煩到硬碟上的資料庫了。
redis 127.0.0.1:6379> lpush runoob redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> lpush runoob mongodb
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> lpush runoob rabitmq
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> lrange runoob 0 10
1) "rabitmq"
2) "mongodb"
3) "redis"
redis 127.0.0.1:6379>
列表最多可儲存 232 - 1 元素 (4294967295, 每個列表可儲存40多億)。
2.1.4 Zet
Redis set是string型別的無序集合。集合是通過hashtable實現的，概念和數學中個的集合基本類似，可以交集，並集，差集等等，set中的元素是沒有順序的。所以新增，刪除，查詢的複雜度都是O(1)。
sadd 命令：新增一個 string 元素到 key 對應的 set 集合中，成功返回1，如果元素已經在集合中返回 0，如果 key 對應的 set 不存在則返回錯誤。
常用命令：sadd,spop,smembers,sunion 等。
應用場景：Redis set對外提供的功能與list類似是一個列表的功能，特殊之處在於set是可以自動排重的，當你需要儲存一個列表資料，又不希望出現重複資料時，set是一個很好的選擇，並且set提供了判斷某個成員是否在一個set集合內的重要介面，這個也是list所不能提供的。
Set 就是一個集合，集合的概念就是一堆不重複值的組合。利用Redis提供的Set資料結構，可以儲存一些集合性的資料。
案例：在微博中，可以將一個使用者所有的關注人存在一個集合中，將其所有粉絲存在一個集合。Redis還為集合提供了求交集、並集、差集等操作，可以非常方便的實現如共同關注、共同喜好、二度好友等功能，對上面的所有集合操作，你還可以使用不同的命令選擇將結果返回給客戶端還是存集到一個新的集合中。
實現方式： set 的內部實現是一個 value永遠為null的HashMap，實際就是通過計算hash的方式來快速排重的，這也是set能提供判斷一個成員是否在集合內的原因。
使用場景：
1.交集，並集，差集：(Set)
//book表儲存book名稱
set book:1:name ”The Ruby Programming Language”
set book:2:name ”Ruby on rail”
set book:3:name ”Programming Erlang”
//tag表使用集合來儲存資料，因為集合擅長求交集、並集
sadd tag:ruby 1
sadd tag:ruby 2
sadd tag:web 2
sadd tag:erlang 3
//即屬於ruby又屬於web的書？
inter_list = redis.sinter("tag.web", "tag:ruby")
//即屬於ruby，但不屬於web的書？
inter_list = redis.sdiff("tag.ruby", "tag:web")
//屬於ruby和屬於web的書的合集？
inter_list = redis.sunion("tag.ruby", "tag:web")
2.獲取某段時間所有資料去重值
這個使用Redis的set資料結構最合適了，只需要不斷地將資料往set中扔就行了，set意為集合，所以會自動排重。
sadd key member
redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob rabitmq
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob rabitmq
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> smembers runoob
1) "redis"
2) "rabitmq"
3) "mongodb"
注意：以上例項中 rabitmq 新增了兩次，但根據集合內元素的唯一性，第二次插入的元素將被忽略。集合中最大的成員數為 232 - 1(4294967295, 每個集合可儲存40多億個成員)。
2.1.5 zset
Redis zset 和 set 一樣也是string型別元素的集合,且不允許重複的成員。
zadd 命令：新增元素到集合，元素在集合中存在則更新對應score。
常用命令：zadd,zrange,zrem,zcard等
使用場景：Redis sorted set的使用場景與set類似，區別是set不是自動有序的，而sorted set可以通過使用者額外提供一個優先順序(score)的引數來為成員排序，並且是插入有序的，即自動排序。當你需要一個有序的並且不重複的集合列表，那麼可以選擇sorted set資料結構，比如twitter 的public timeline可以以發表時間作為score來儲存，這樣獲取時就是自動按時間排好序的。和Set相比，Sorted Set關聯了一個double型別權重引數score，使得集合中的元素能夠按score進行有序排列，redis正是通過分數來為集合中的成員進行從小到大的排序。zset的成員是唯一的,但分數(score)卻可以重複。比如一個儲存全班同學成績的Sorted Set，其集合value可以是同學的學號，而score就可以是其考試得分，這樣在資料插入集合的時候，就已經進行了天然的排序。另外還可以用Sorted Set來做帶權重的佇列，比如普通訊息的score為1，重要訊息的score為2，然後工作執行緒可以選擇按score的倒序來獲取工作任務。讓重要的任務優先執行。
實現方式：Redis sorted set的內部使用HashMap和跳躍表(SkipList)來保證資料的儲存和有序，HashMap裡放的是成員到score的對映，而跳躍表裡存放的是所有的成員，排序依據是HashMap裡存的score,使用跳躍表的結構可以獲得比較高的查詢效率，並且在實現上比較簡單。
zadd key score member
redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 rabitmq
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 rabitmq
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> > ZRANGEBYSCORE runoob 0 1000
1) "mongodb"
2) "rabitmq"
3) "redis"
3.1 小結
各個資料型別應用場景：
| 型別 | 簡介 | 特性 | 場景 |
|---|---|---|---|
| String(字串) | 二進位制安全 | 可以包含任何資料,比如jpg圖片或者序列化的物件,一個鍵最大能儲存512M | 常規快取 |
| Hash(字典) | 鍵值對集合,即程式語言中的Map型別 | 適合儲存物件,並且可以像資料庫中update一個屬性一樣只修改某一項屬性值(Memcached中需要取出整個字串反序列化成物件修改完再序列化存回去) | 儲存、讀取、修改使用者屬性 |
| List(列表) | 連結串列(雙向連結串列) | 增刪快,提供了操作某一段元素的API | 1、最新訊息排行等功能(比如朋友圈的時間線) 2、訊息佇列 |
| Set(集合) | 雜湊表實現,元素不重複 | 1、新增、刪除、查詢的複雜度都是O(1) 2、為集合提供了求交集、並集、差集等操作 | 1、共同好友 2、利用唯一性,統計訪問網站的所有獨立ip 3、好友推薦時,根據tag求交集,大於某個閾值就可以推薦 |
| Sorted Set(有序集合) | 將Set中的元素增加一個權重引數score,元素按score有序排列 | 資料插入集合時,已經進行天然排序 | 1、排行榜 2、帶權重的訊息佇列 |
Redis實際應用場景
Redis在很多方面與其他資料庫解決方案不同：它使用記憶體提供主儲存支援，而僅使用硬碟做永續性的儲存；它的資料模型非常獨特，用的是單執行緒。另一個大區別在於，你可以在開發環境中使用Redis的功能，但卻不需要轉到Redis。
轉向Redis當然也是可取的，許多開發者從一開始就把Redis作為首選資料庫；但設想如果你的開發環境已經搭建好，應用已經在上面執行了，那麼更換資料庫框架顯然不那麼容易。另外在一些需要大容量資料集的應用，Redis也並不適合，因為它的資料集不會超過系統可用的記憶體。所以如果你有大資料應用，而且主要是讀取訪問模式，那麼Redis並不是正確的選擇。
然而我喜歡Redis的一點就是你可以把它融入到你的系統中來，這就能夠解決很多問題，比如那些你現有的資料庫處理起來感到緩慢的任務。這些你就可以通過Redis來進行優化，或者為應用建立些新的功能。在本文中，我就想探討一些怎樣將Redis加入到現有的環境中，並利用它的原語命令等功能來解決 傳統環境中碰到的一些常見問題。在這些例子中，Redis都不是作為首選資料庫。