Redis五种常用数据类型详解及使用场景

Redis 5 种基本数据类型

Redis 共有 5 种基本数据类型：String（字符串）、List（列表）、Set（集合）、Hash（散列）、Zset（有序集合）。

这 5 种数据类型是直接提供给用户使用的，是数据的保存形式，其底层实现主要依赖这 8 种数据结构：简单动态字符串（SDS）、LinkedList（双向链表）、Dict（哈希表/字典）、SkipList（跳跃表）、Intset（整数集合）、ZipList（压缩列表）、QuickList（快速列表）。

Redis 5 种基本数据类型对应的底层数据结构实现如下表所示：

String（字符串）

String 是 Redis 中最简单同时也是最常用的一个数据类型。

String 是一种二进制安全的数据类型，可以用来存储任何类型的数据比如字符串、整数、浮点数、图片（图片的 base64 编码或者解码或者图片的路径）、序列化后的对象。

虽然 Redis 是用 C 语言写的，但是 Redis 并没有使用 C 的字符串表示，而是自己构建了一种 简单动态字符串（Simple Dynamic String，SDS）。相比于 C 的原生字符串，Redis 的 SDS 不光可以保存文本数据还可以保存二进制数据，并且获取字符串长度复杂度为 O(1)（C 字符串为 O(N)）,除此之外，Redis 的 SDS API 是安全的，不会造成缓冲区溢出。

适用场景 

字符串（String）类型在Redis中是最常用的数据类型之一，适用于以下场景：

1. 缓存：字符串类型可以用于缓存数据，例如缓存数据库查询结果、计算结果等。由于Redis的高性能和快速读写能力，使用字符串类型作为缓存可以大大提高系统的响应速度。

2. 计数器：字符串类型可以用于实现计数器功能，例如统计网站的访问次数、用户的点赞数等。通过使用字符串类型的自增命令，可以方便地对计数器进行增加或减少操作。

3. 分布式锁：字符串类型可以用于实现分布式锁，保证在分布式环境下的数据一致性和并发控制。通过设置一个唯一的字符串作为锁的值，并利用Redis的原子性操作，可以实现简单而高效的分布式锁机制。

4. 会话管理：字符串类型可以用于存储用户的会话信息，例如用户登录状态、购物车内容等。通过将会话信息存储在字符串类型中，可以方便地进行读写操作，并且可以设置过期时间来自动清理过期的会话数据。

5. 消息队列：字符串类型可以用于实现简单的消息队列，例如将消息内容作为字符串存储在Redis中，然后使用列表类型的命令进行消息的发布和订阅。

6. 分布式缓存：字符串类型可以用于实现分布式缓存，例如将经过序列化的对象存储在字符串类型中，然后通过缓存命中来提高系统的性能和扩展性。

List（列表）

Redis 中的 List 其实就是链表数据结构的实现。我在 线性数据结构 :数组、链表、栈、队列[3] 这篇文章中详细介绍了链表这种数据结构，我这里就不多做介绍了。

许多高级编程语言都内置了链表的实现比如 Java 中的 LinkedList，但是 C 语言并没有实现链表，所以 Redis 实现了自己的链表数据结构。Redis 的 List 的实现为一个 双向链表，即可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了部分额外的内存开销。

适用场景 

列表（List）类型在Redis中是一种非常常用的数据类型，适用于以下场景：

1. 消息队列：列表类型可以用于实现简单的消息队列。生产者可以使用LPUSH命令将消息添加到列表的头部，消费者可以使用RPOP命令从列表的尾部获取消息。这种方式可以实现先进先出（FIFO）的消息处理。

2. 实时排行榜：列表类型可以用于实现实时排行榜。例如，可以使用LPUSH命令将用户的得分添加到列表中，然后使用LPOP命令获取排行榜的前几名。

3. 任务队列：列表类型可以用于实现任务队列。生产者可以使用LPUSH命令将任务添加到列表的尾部，消费者可以使用RPOP命令从列表的头部获取任务。这种方式可以实现任务的分发和处理。

4. 消息发布与订阅：列表类型可以用于实现简单的消息发布与订阅。生产者可以使用LPUSH命令将消息添加到列表的头部，订阅者可以使用BLPOP命令阻塞地从列表中获取消息。

5. 历史记录：列表类型可以用于存储历史记录。例如，可以使用LPUSH命令将用户的浏览记录添加到列表中，然后使用LRANGE命令获取最近的浏览记录。

Hash（哈希） 

Redis 中的 Hash 是一个 String 类型的 field-value（键值对） 的映射表，特别适合用于存储对象，后续操作的时候，你可以直接修改这个对象中的某些字段的值。

Hash 类似于 JDK1.8 前的 HashMap，内部实现也差不多(数组 + 链表)。不过，Redis 的 Hash 做了更多优化。

适用场景 

Redis的哈希表（Hash）是一种存储键值对的数据结构，其中的键是唯一的，而值则可以是字符串、整数、浮点数等。哈希表适用于许多场景，特别是需要存储和查询多个字段的情况。以下是一些适用场景：

1. 存储对象信息： 如果你需要存储一个对象的多个字段信息，例如用户信息（用户名、年龄、邮箱等），可以使用哈希表来存储每个用户的字段信息。

2. 缓存数据： 哈希表适用于缓存大量的键值对数据，例如缓存数据库查询结果，以减少数据库的访问频率。

3. 存储配置信息： 将配置信息存储在哈希表中，可以方便地获取和修改配置项，而无需在内存中存储多个单独的键。

4. 计数器： 可以使用哈希表来实现计数器功能，每个字段存储一个计数，比如网站的点赞数、阅读数等。

5. 存储多种属性： 如果你需要为一组对象存储多种属性，例如商品的名称、价格、库存等，可以使用哈希表来存储每个商品的多个属性。

6. 联合索引： 在关系型数据库中，联合索引常用于加速多字段的查询。在Redis中，可以使用哈希表来存储多个字段，并通过一个字段作为主键，实现类似的联合索引效果。

7. 实时统计： 哈希表可以用于实时统计信息，例如统计用户每天的登录次数、订单数等。

8. 用户会话： 可以使用哈希表来存储用户会话信息，每个字段存储一个会话属性，如用户ID、登录时间、过期时间等。

9. 图数据结构： 如果需要实现图数据结构，例如社交网络关系图，可以使用哈希表来表示节点和边。

10. 多字段查询： 哈希表适用于存储多个字段，可以更快速地查询和更新多个字段的值。

总之，哈希表适用于需要存储多个字段信息的情况，可以在一次查询中获取和更新多个字段，从而提高了数据的访问效率。它在多种应用场景中都能发挥作用，特别是需要存储和操作多个属性的数据。

Set（集合）

Redis 中的 Set 类型是一种无序集合，集合中的元素没有先后顺序但都唯一，有点类似于 Java 中的 HashSet 。当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，Set 是一个很好的选择，并且 Set 提供了判断某个元素是否在一个 Set 集合内的重要接口，这个也是 List 所不能提供的。

你可以基于 Set 轻易实现交集、并集、差集的操作，比如你可以将一个用户所有的关注人存在一个集合中，将其所有粉丝存在一个集合。这样的话，Set 可以非常方便的实现如共同关注、共同粉丝、共同喜好等功能。这个过程也就是求交集的过程。

适用场景 

Redis的Set数据类型是一个无序的字符串集合，它可以存储多个不重复的元素。Set在Redis中有许多实际的使用场景，以下是一些常见的使用场景：

1. 唯一性数据存储：

   最基本的使用场景就是用来存储不重复的数据。你可以使用Set来存储用户ID、IP地址、邮箱地址等，确保数据的唯一性。

2. 标签和标记系统：

   Set可以用于创建标签或标记系统。例如，你可以为文章、商品或其他实体创建一个包含相关标签的Set，以便后续快速检索。

3. 关注和粉丝系统：

   在社交媒体或用户关系管理中，Set可以用来实现关注和粉丝系统。每个用户可以有一个Set，其中包含他们关注的其他用户或粉丝。

4. 在线用户：

   Set可以用于跟踪在线用户。将用户ID添加到一个Set中，表示用户当前在线。通过检查Set中的成员，可以快速查找在线用户。

5. 投票系统：

   Set可以用于实现投票系统。每个投票项目可以表示为一个Set，用户投票时将其ID添加到相应的Set中，确保每个用户只能投一次。

6. 集合运算：

   Redis提供了多种Set运算，如交集、并集和差集。这些运算可以用于计算多个集合之间的共同元素、合并元素等。

7. 排行榜和排名：

   Set可以用于创建排行榜系统。例如，每个元素代表一个玩家，分数作为元素的权重。可以通过有序集合操作获取排名和排行。

8. 地理位置标记：

   Set可以用于存储地理位置数据，例如存储用户的经纬度坐标，然后利用Set运算来查找附近的位置。

9. 过滤重复事件：

   如果你需要记录一系列事件，并且要确保事件不重复记录，可以使用Set来存储已经发生的事件，防止重复记录。

总的来说，Redis的Set数据类型非常适合需要存储不重复数据、进行集合运算以及需要高效查找元素的场景。无论是在社交网络、实时分析、排行榜、地理位置服务等领域，Set都有着广泛的应用。

Sorted Set（有序集合）

Sorted Set 类似于 Set，但和 Set 相比，Sorted Set 增加了一个权重参数 score，使得集合中的元素能够按 score 进行有序排列，还可以通过 score 的范围来获取元素的列表。有点像是 Java 中 HashMap 和 TreeSet 的结合体。

适用场景 

有序集合（Sorted Set）是Redis中的一种特殊数据类型，它在有序性和唯一性的基础上，为存储一组成员（元素）分配了一个分数（score）。这种数据结构使得有序集合在许多应用场景中非常有用。以下是一些适用场景：

1. 排行榜和计分系统： 有序集合非常适合实现排行榜和计分系统。成员的分数可以表示玩家的得分、评分、积分等。你可以通过分数对成员进行排序，快速地获取前几名的排名。

2. 时间序列数据： 如果你需要存储带有时间戳的数据，有序集合可以根据时间戳（作为分数）进行排序，然后按时间范围快速查询数据。

3. 最新消息： 有序集合可以用来存储最新的消息，每个消息的分数可以是消息的时间戳，这样可以方便地获取最新的消息。

4. 带权重的标签/标签云： 在社交网络或标签系统中，你可以使用有序集合来存储标签，成员是标签，分数可以表示标签的热度、权重等。这可以用来实现标签云、热门标签等功能。

5. 范围查询： 有序集合允许根据分数范围进行查询，从而可以快速地获取在某个分数范围内的成员。

6. 唯一性： 有序集合保持了成员的唯一性，这意味着你可以方便地存储和查询不重复的元素。

7. 高级集合运算： Redis提供了对有序集合的集合运算（交集、并集、差集）操作，这可以用来实现多个数据集的交叉分析、数据筛选等。

8. 范围分页： 使用ZRANGE等命令，可以对有序集合进行分页查询，获取指定范围内的成员。

总之，有序集合适用于需要保持元素有序性、需要快速进行范围查询、具有权重或分数的情况。它在多个场景中都提供了高效的数据存储和操作，使得Redis成为了解决这些问题的有力工具。