Redis 数据结构及应用场景总结

Redis 支持多种数据结构，每种结构都有其独特的用途和适用场景。以下是 Redis 核心数据结构及其关键特性的总结：

1. String（字符串）

• 底层实现：简单动态字符串（SDS，Simple Dynamic String），支持二进制安全。
• 用途：
  • 缓存文本、数值、二进制数据（如图片）。
  • 计数器（INCR/DECR）。
  • 分布式锁（SETNX）。
• 示例命令：

  SET key value
  GET key
  INCR counter

2. List（列表）

• 底层实现：
  • 早期：ziplist（压缩列表，内存紧凑）和 linkedlist（双向链表）。
  • Redis 3.2+：统一为 quicklist（链表 + ziplist 的混合结构）。
• 用途：
  • 消息队列（LPUSH + BRPOP）。
  • 最新消息列表（按插入顺序存储）。
• 示例命令：

  LPUSH list value
  RPOP list
  LRANGE list 0 -1

3. Hash（哈希表）

• 底层实现：
  • ziplist（字段较少时）或 hashtable（默认）。
• 用途：
  • 存储对象（如用户信息，键对应多个字段）。
  • 避免序列化开销（可单独修改字段）。
• 示例命令：

  HSET user:1 name "Alice"
  HGET user:1 name

4. Set（集合）

• 底层实现：
  • intset（元素为整数且数量较少时）或 hashtable（元素为字符串）。
• 用途：
  • 去重存储（如标签、用户关注列表）。
  • 集合运算（SINTER 交集，SUNION 并集）。
• 示例命令：

  SADD tags "redis"
  SMEMBERS tags

5. Sorted Set（有序集合）

• 底层实现：
  • ziplist（元素较少时）或 跳表（skiplist） + hashtable（支持快速范围查询和单键查找）。
• 用途：
  • 排行榜（按分数排序）。
  • 范围查询（如时间区间内的数据）。
• 示例命令：

  ZADD leaderboard 100 "user1"
  ZRANGE leaderboard 0 10 WITHSCORES

6. 高级数据结构

6.1 Bitmaps

• 本质：基于 String 的位操作。
• 用途：
  • 布尔统计（如用户每日签到）。

  SETBIT sign:user:2023 10 1  # 记录第10天签到
  BITCOUNT sign:user:2023     # 统计总签到次数

6.2 HyperLogLog

• 用途：基数统计（如 UV 统计，误差约 0.81%）。

  PFADD uv:2023 "user1"
  PFCOUNT uv:2023

6.3 Geospatial（地理空间）

• 底层实现：基于 Sorted Set 的 GeoHash 编码。
• 用途：地理位置查询（如附近的人）。

  GEOADD cities 116.40 39.90 "Beijing"
  GEORADIUS cities 116 39 100 km

6.4 Stream

• 用途：消息队列（支持消费者组、消息持久化）。

  XADD mystream * field1 value1
  XREAD COUNT 10 STREAMS mystream 0

7. 底层优化机制

• 编码转换：根据数据规模和类型自动切换底层结构（如 Hash 从 ziplist 转 hashtable）。
• 内存效率：优先使用紧凑结构（如 ziplist）减少碎片。

选择数据结构的建议

1. 高频更新：优先选择时间复杂度低的结构（如 Hash 代替多个 String）。
2. 范围查询：使用 Sorted Set 或 List。
3. 去重统计：Set 或 HyperLogLog（根据精度需求）。