Redis面试必问：Redis为什么快？Redis五大基本数据类型

请记住胡广一句话，所有的中间件所有的框架都是建立在基础之上，数据结构，计算机网络，计算机原理大伙一定得看透！！~  

1. Redis快的秘密

相信大部分Redis初学者都会忽略掉一个重要的知识点，Redis其实是单线程模型。我们按直觉来看应该是多线程比单线程更快、处理能力更强才对，比如单线程一次只可以做一件事情，而多线程却可以同时做十件事情。

但Redis却可以做到每秒万级别的处理能力，主要是基于以下原因：

（1）Redis是基于内存操作的，Redis所有的数据库状态都保存在内存中。而内存的响应时长是非常快速的，大约在100纳秒。大家可以对比下其他服务器磁盘，固态硬盘（SSD）、机械硬盘（HDD）响应时长大约几十微秒，很明显远远没有基于内存的响应时长快速。

（2）Redis采用I/O多路复用技术，这种I/O模型是非阻塞I/O，应用程序在等待I/O操作完成的过程中不需要阻塞。

（3）最后一点也是我开头提到的，Redis采用了单线程模型。单线程模型避免了多线程产生的线程切换和锁竞争带来的资源消耗，这两种消耗对性能影响是很大的。另外一点是单线程相比多线程来说实现更简单高效，如果引入多线程设计相信Redis实现起来会更加复杂不易优化。

2. Redis数据类型

2.1 Redis五大基本数据类型

Redis基本数据类型一共有五种，这也是面试官重点考查的基础，大家要重点关注下。

（1）字符串。

字符串是Redis最基础，也是业务开发中最常见的一种数据类型。在业务上一般使用MySQL作为实际存储层，而Redis字符串作为缓冲层对象。

127.0.0.1:6379> set name JavaGetOffer
OK
127.0.0.1:6379> get name
"JavaGetOffer"

（2）哈希。

哈希的键值本身是一个键值对结构，类似于key = {{field, value}, {field, value}}。

我们可以使用hset命令设置哈希键值，而hget命令可以获取哈希对象中某个field的值。

127.0.0.1:6379> hset msg name JavaGetOffer
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset msg avator 思考的陈
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hget msg name
"JavaGetOffer"
127.0.0.1:6379> hget msg avator
"思考的陈"

（3）列表。

Redis的列表是一个有序列表，但大家注意一点，此处所说的有序不是按数据大小排序的有序，而是按插入顺序的有序。另外一点特殊之处是我们可以往列表的左右两边添加元素。

# 从右边添加
127.0.0.1:6379> rpush number 1 2 3
(integer) 3
# 从左边添加
127.0.0.1:6379> lpush number 4 5 6
(integer) 6
127.0.0.1:6379> lrange number 0 5
1) "6"
2) "5"
3) "4"
4) "1"
5) "2"
6) "3"

（4）集合。

集合类型和列表不同之处在于它是无序的，同时也不支持保存重复的元素。

另外两个集合之间可以获得交集、并集、差集。利用这一点，如果在业务上要求得两个用户相同的兴趣标签，可以使用Redis集合存储用户兴趣标签，再使用交集命令来查询。

127.0.0.1:6379> sadd user:1:like game bask run
(integer) 3
127.0.0.1:6379> sadd user:2:like game basketball fitness
(integer) 3
# 求交集
127.0.0.1:6379> sinter user:1:like user:2:like
1) "game"

（5）有序集合。

有序集合算是Redis中比较特殊的一种数据类型，有序集合里的每个元素都带有一个score属性，通过该score属性进行排序。如果我们往有序集合插入元素，此时它就不像列表对象一样是插入有序，而是根据score进行排序的。

127.0.0.1:6379> zadd 100run:ranking 13 mike
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd 100run:ranking 12 jake
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd 100run:ranking 16 tom
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zrange 100run:ranking 0 2
1) "jake"
2) "mike"
3) "tom"

2.2 有序集合业务场景

有序集合典型的业务开发场景是实现一个排行榜，我们可以通过有序集合的score元素来作为排行榜排序的标准。

而排行榜的获取一般是分页获取，我们可以使用jedis客户端提供的zrevrangeWithScores方法来获得，返回的类型是一个Set<Tuple>，从Tuple对象中可以获得元素和score值，如代码所示。

        try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {String rankKey = "rankKey";Set<Tuple> rankTuple = jedis.zrevrangeWithScores(rankKey, index, index + pageSize - 1);List<UserRankBO> = rankTuple.stream().map(r -> UserRankBO.builder().uid(Integer.parseInt(r.getElement())).score(r.getScore()).build()).collect(Collectors.toList());}public Set<Tuple> zrevrangeWithScores(String key, long start, long stop) {this.checkIsInMultiOrPipeline();this.client.zrevrangeWithScores(key, start, stop);return this.getTupledSet();}

2.3 有序集合数据结构

有序集合有两种内部编码：ziplist和skiplist。ziplist编码是以压缩列表来实现，而在skiplist编码中是同时使用字典和跳跃表两种数据结构来实现的。

（1）字典。

字典里保存的是键值对结构，和上文提交的哈希对象不是同一个级别的产物，字典是Redis内部的数据结构，而哈希对象是提供给外部使用的。例如存储键的键空间、存储建过期时间的过期字典都是由字典来实现的。

字典的组成结构如下所示。可以看到ht数组有两个dictht哈希表，Redis的平常使用时只使用其中一个哈希表，而另一个是在迁移扩展哈希表rehash时使用。当迁移完成后，原先日常使用的旧哈希表会被清空，而新的哈希表变成日常使用的。

typedef struct dict {dictType *type;void *privdata;// 哈希表dictht ht[2];in trehashidx;
} dict;

（2）跳跃表。

跳跃表的底层结构类似于一个值 + 保存了指向其他节点的level数组，而这个level数组的作用就是用来加快访问其他节点的速度。跳跃表的查询效率是比较快的，可以和平衡二叉树相媲美，同时跳跃表相比平衡树的实现更加的简单。

跳跃表的组成结构如下所示。

typedef struct zskiplistNode {// level数组struct zskiplistLevel {// 前进指针struct zskiplistNode *forward;// 跨度unsigned int span;} level[];// 后退指针struct zskiplistNode *backward;// 分值double score;robj *obj;
} zskiplistNode;

2.4 为什么使用字典和跳跃表

同时使用字典和跳跃表的设计主要是考虑了性能因素，两者都有其效率最高的场景，要高效利用它们来提高Redis性能。

1. 如果单纯使用字典，查询时的效率很高，可以达到高效的O(1)时间复杂度。但执行类似ZRANGE、ZRNK命令时，效率是比较低的。因为每次排序需要在内存上对字典进行排序一次，这消耗了额外的O(n)内存空间。
2. 如果单纯使用跳跃表，虽然执行类似ZRANGE、ZRNK命令时的效率高，但查询性能又会从O(1)上升到了O(logN)。

所以Redis内部会对有序集合采用字典和跳跃表两种实现，当使用对应不同场景时，就采用对应的不同数据结构来高效操作有序集合。

3. 压缩列表

压缩列表顾名思义作用在于压缩，主要是Redis为了节约内存开发的一种数据结构。一共有三种数据类型使用到了压缩列表。

列表键里如果包含的都是类似小整数、短字符串类型的，会采用压缩列表的底层实现。

127.0.0.1:6379> rpush number 1 2 3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> object encoding number
"ziplist"

哈希键如果只包含少量的键值对，同时键、值都是类似小整数、短字符串类型的，会采用压缩列表的底层实现。

127.0.0.1:6379> hset msg name JavaGetOffer
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset msg avator 思考的陈
(integer) 1
127.0.0.1:6379> object encoding msg
"ziplist"

有序集合当元素个数小于128个时，内部编码会转换为压缩列表ziplist。

127.0.0.1:6379> zadd 100run:ranking 13 mike 12 jake 16 tom
(integer) 3
127.0.0.1:6379> object encoding 100run:ranking
"ziplist"

 胡广简单的总结下：

Redis之所以快，得益于内存存储、单线程架构、I/O多路复用、高效数据结构等优化。同时，Redis提供了丰富的五种基本数据类型（字符串、哈希、列表、集合、有序集合），可以灵活地解决多种业务场景下的需求，广泛应用于缓存、消息队列、排行榜、计数器等场景。意识到数据结构以及计算机原理，计算机网络的重要性了吧，还不快赶紧去学？？😄😄😄

 你好,我是胡广。 致力于为帮助兄弟们的学习方式、面试困难、入职经验少走弯路而写博客 🌹🌹🌹 坚持每天两篇高质量文章输出，加油！！！🤩

 如果本篇文章帮到了你 不妨点个赞吧~ 我会很高兴的 😄 (^ ~ ^) 。想看更多 那就点个关注     吧 我会尽力带来有趣的内容 。

 😎感兴趣的可以先收藏起来，还有大家在毕设选题，项目以及论文编写等相关问题都可以      给我留言咨询，希望帮助更多的人

更多专栏:
📊 Java设计模式宝典：从入门到精通（持续更新）

📝 Java基础知识：GoGoGo（持续更新）

⚽ Java面试宝典：从入门到精通（持续更新）

🌟 程序员的那些事~（乐一乐）

🤩 Redis知识、及面试（持续更新）

🚀 Kafka知识文章专栏（持续更新）

🎨 Nginx知识讲解专栏（持续更新）

📡 未完待续。。。

🎯 未完待续。。。

🔍 未完待续。。。

感谢订阅专栏 三连文章