Redis之Datatype概述

官方原文档：

　　https://redis.io/topics/data-types

　　https://redis.io/topics/data-types-intro

Redis支持的数据类型：

String、List、Set、Sorted Set、Hashes、Bit array、HyperLogLog

Reids Keys(键)：

• Redis的键是二进制安全的：可以使用任何的二进制序列作为键。 比如"foo"这样的字符串，甚至是JPEG文件的二进制内容，空串""也是合法的键。

• 不推荐使用特别长的键：

        　　影响性能，做键的比较,查找键是很耗费性能的

       　　 同时对带宽以及内存要求很大，如果当前的任务是匹配大值的存在

        　　建议使用hash，比如SHA1 ,、MD5等

• 不推荐使用特别短的键：

        　　例如使用"user:1000:followers"而不是"u1000flw"

        　　前者明显可读性高,而且增加的空间较小

• 坚持用统一的命名结构：

        　　比如 "object-type:id"

        　　使用"."或"-"来表示由多个词语组成的字段

        　　比如"comment:1234:reply.to"或者"comment:1234:reply-to"

• 键的最大长度是512MB

       　　 这里的最大长度指的是单个key的长度

        　　对于value同样限制的是512MB

String类型（字符串类型）

　　String 是Redis中最基本的类型。Redis中的String 类型是二进制安全的，也就是说在Redis中String类型可以包含各种数据，比如一张JPEG图片或者是一个序列化的Ruby对象。一个String类型的值最大长度可以是512M。

在Redis中String有很多有趣的用法，比如：

• 把String当做原子计数器，这可以使用INCR家族中的命令来实现：INCR, DECR, INCRBY。

• 使用APPEND命令来给一个String追加内容。
• 把String当做一个随机访问的向量（Vector），这可以使用GETRANGE和 SETRANGE命令来实现

• 使用GETBIT 和SETBIT方法，在一个很小的空间中编码大量的数据，或者创建一个基于Redis的Bloom Filter 算法

List类型

    List有两种底层实现机制：一种是基于array，而另一种是基于linked list。

    而Redis中的list就是基于后者(linked list)

    这样做的好处就是：

           在list头部/尾部 添加数据的时候，都可以以很快的速度去处理,不管你是添加1条数据,还是插入1亿条数据效率上都是差不多的。

    坏处就是：

           当你访问list的时候,随着index的变大，消耗的时间也将成比例增加。

    如果访问一个比较大的list 中间的元素的需求比较重要的话，建议使用sorted set。

 

    常用命令：

           LPUSH，RPUSH，LPOP，RPOP，LRANGE，LTRIM ... 

           LRANGE 

                    接受3个参数：一个list实例参数，两个index参数(起始位置、结束位置)

                    两个index参数均可以为负数，表示list.size() - index 处的元素的索引数

                    LRANGE mylist 0 -3 

           LPUSH/RPUSH 

                    它们的参数是可变长的参数

                    具体来说第一个参数接收一个list实例，后面n个参数均是要添加到list最开始/最末端 的元素，多个参数之间用空格分割

                     LPUSH mylist 12 4 www "ss" 

           LTRIM 

                    类似于LRANGE，所不同的是 LRANGE只是为了展现，而LTRIM会将在它抽取的范围外的元素都给移除

                    和LPUSH合作，可以实现保留最新多少条数据

                    LPUSH mylist 100 3 4

                    LTRIM mylist 0 999 

          LPOP/RPOP

                    将list最前端/最尾端的元素返回回来，并且将它从源list中删除掉

                    可以和PUSH操作一起使用实现生产者消费者模式    

 

Redis的Lists类型有很多有趣的用法，比如：

• 在社交网络中使用List进行时间表建模，使用LPUSH命令在用户时间线中加入新的元素，然后使用LRANGE 命令来获得最近加入的元素。
• 可以把LPUSH 和LTRIM 命令结合使用来实现定长的列表，列表中只保存最近的N个元素
• 在创建后台运行的工作时，Lists可以作为消息传递原语，例如著名的Ruby库 Resque
• 还有很多可以使用lists来做的事，这种数据类型支持很多命令，包括像BLPOP这样的阻塞命令

    list最普遍的两个代表性用法

        1).记载用户发布到社交网络的最新更新

        2).使用消费者-生产者模式进行进程之间的通信：

                生产者向一个list中添加元素

                消费者消耗这些元素，并执行操作

                Redis提供了一些list命令来保证这种做法的高效性以及可靠性

    list拥有一个特性使得它适合实现 队列，并且通常作为进程间通信系统的构建块。这个特性就是BLPOP 和 BRPOP 是个阻塞操作

 

    Note : 

            正常来讲 生产者消费者模式，当消费者向list索取元素的时候，发现该队列为空，那么消费者通常会进行等待一会儿，然后再重试索取(这个过程叫轮询)

            这样，会导致redis以及客户端都做了很多无用的命令行操作，因此Redis提供了两个阻塞型的 pop 操作

            当list为空时，只有当新的元素被添加到list中后或者达到了用户指定的超时时间，BRPOP/BLPOP指令才会返回给调用者(一个结果)

    

            demo : 

                    BRPOP tasks 5  --等待tasks中的元素，如果超过5秒钟没有可以用的元素，就返回

   

            如果timeout参数 设置为 0 ，那么会永远等待新元素(不会超时，一直阻塞)

            其中list参数可以接受 多个列表，比如task1 task2 ...，当有一个列表任务有新增元素，就返回pop的结果

    

    关于BRPOP/BLPOP的一些需要注意的事情：

          1).客户端是按照顺序来享受服务的

                   第一个客户端阻塞的来等待一个list，那么当有新的元素被其它的客户端push进来，那么它(即第一个客户端)将会首先享受这个服务 

          2).和RPOP/LPOP的返回值不同

                  它是个包含键名的双元素的数组，因为BRPOP/BLPOP可以同时阻塞式地从多个list列表中等待元素 

          3).如果过期时间的阀值到了，将返回NULL

 

    关于list以及阻塞操作的更多内容：

         1).可以使用RPOPLPUSH指令 来构建更安全的队列 或者 旋转队列

         2).redis提供了一个阻塞的变种指令：BRPOPLPUSH

 

    主键的自动创建与删除

            三条规则来总结：

                1). 当我们添加一个元素到聚合数据类型，如果目标关键字不存在，在添加这个元素之前会(自动)创建一个空的聚合数据类型

                2). 当我们从聚合数据类型中移除元素的时候,，如果该值是空的，那么键也将自动被销毁

                3). 调用 只读命令/移除元素的写命令 在一个空的关键字上，永远会返回同样的结果，好像该关键字正持有命令行希望找到空的数据类型

 

Hashes (散列.哈希类型)

    Redis Hashes 保存 string fields和 string values之间的映射，所以它们是用来表示对象的绝佳数据类型（比如一个User对象）：

    > hmset user:1000 username antirez birthyear 1977 verified 1

  OK

  > hget user:1000 username

  "antirez"

  > hget user:1000 birthyear

  "1977"

  > hgetall user:1000

  1) "username"

  2) "antirez"

  3) "birthyear"

  4) "1977"

  5) "verified"

  6) "1"

    一个有着少量数据域（这里的少量大概100上下）的hash，其存储方式占用很小的空间，所以在一个小的Redis实例中就可以存储上百万的这种对象。

    虽然Hashes主要用于表示对象，他们可以存储很多的元素，所以你可以使用Hashes来做许多其他的工作。

    Hash的最大长度是2^32 – 1个域值对（4294967295，一个Hash中可以有多达40多亿个域值对）

Sets类型（集合类型）

    Redis的Sets类型是String的无序集合。增加，删除，测试元素是否存在的时间复杂度都是O(1)（不管集合中有多少元素都是稳定的时间消耗）

    Redis Sets的一个重要特性是不允许重复元素。向集合中添加多次相同的元素，集合中只存在一个该元素。在实际应用中，这意味着在添加一个元素前不需要先检查元素是否存在。

    关于Redis Sets一个非常有意思的事情是，它们支持多个服务器端命令来从现有集合开始计算集合，所以执行集合的交集，并集，差集都可以很快。

    set的最大长度是2^32 – 1个元素（4294967295，一个set中可以有多达40多亿个元素）

Redis Sets有很多有趣的用法，比如：

• 你可以使用Redis Sets来记录唯一的事物，比如，你想知道访问某个博客的IP地址，不要重复的IP，这种情况只需要在每次处理一个请求时简单的使用SADD命令就可以了，可以确信不会插入重复的IP.
• Redis Sets 可以很好的表示关系。你可以使用Redis创建一个标签系统，每个标签使用一个Set来表示。然后你可以使用SADD 命令把具有特定标签的所有对象的所有ID放在表示这个标签的Set中。如果你想要知道同时拥有三个不同标签的对象，那么使用SINTER命令就好了。
• 你可以使用SPOP 或者 SRANDMEMBER 命令从集合中随机的提取元素。

Sorted sets 类型（有序集合类型）

    Redis有序集合类型与Redis的集合类型类似，是非重复的String元素的集合，Sorted Set像是Set以及Hash的混合体。不同之处在于，有序集合中的每个成员都关联一个Score，Score是在排序时候使用的，按照Score的值从小到大进行排序。集合中每个元素是唯一的，但Score有可能重复。

    使用有序集合可以很高效的进行，添加，移除，更新元素的操作（时间消耗与元素个数的对数成比例）。由于元素在集合中的位置是有序的，使用get ranges by score或者by rank（位置）来顺序获取或者随机读取效率都很高。（本句不确定，未完全理解原文意思，是根据自己对Redis的浅显理解进行的翻译）访问有序集合中间部分的元素也非常快，所以可以把有序集合当做一个不允许重复元素的智能列表，你可以快速访问需要的一切：获取有序元素，快速存在测试，快速访问中间的元素等等。

    简短来说，使用有序集合可以实现很多高性能的工作，这一点在其他数据库是很难实现的。

使用有序集合你可以：

• 在大型在线游戏中创建一个排行榜，每次有新的成绩提交，使用ZADD命令加入到有序集合中。可以使用ZRANGE命令轻松获得成绩名列前茅的玩家，你也可以使用ZRANK根据一个用户名获得该用户的分数排名。把ZRANK 和 ZRANGE结合使用你可以获得与某个指定用户分数接近的其他用户。这些操作都很高效。

• 有序集合经常被用来索引存储在Redis中的数据。比如，如果你有很多用户，用Hash来表示，可以使用有序集合来为这些用户创建索引，使用年龄作为Score，使用用户的ID作为Value，这样的话使用ZRANGEBYSCORE 命令可以轻松和快速的获得某一年龄段的用户。

    排序规则：

          1).按照score(一个设置的浮点值)从小到大顺序排列的

          2).如果score一致,那么按照value的字段顺序排列

    实践注意：

          Sorted Set实现自两个接口(dual-ported)：skip list 以及 hash table

          因此每次添加元素的时候，以O(log(N))复杂度进行操作.，这个复杂度是ok的

          但取数的时候,redis几乎不用做什么额外操作，因为顺序是已经排列好的

    常用命令：

           ZADD     some_set     any_score     the_element

           ZRANGE     some_set     start_index     end_index     [withscores]

           ZREVRANGE     some_set     start_index     end_index     [withsores]

           ZRANGEBYSCORE     some_set     -inf     any_score

           ZREMRANGEBYSCORE     some_set     any_start_score     any_end_score

           ZREVRANK     some_set

 

以下命令是基于字典而非score来取得结果的

            ZRANGEBYLEX , ZREVRANGEBYLEX , ZREMRANGEBYLEX , ZLEXCOUNT

        

            demo : zrangebylex hackers [B [P -- 表示闭区间

 

            注意，所有*range*的操作，都会把这些元素从set中删除哦

 

Bitmap

    Bitmap 并非是一种数据类型，而是String类型上的一组"面向-位"的操作 

    由于String是二进制安全的大文本(可以有512M大小)，因此就有了 2^32种不同的位组合 

    bit操作分为两组：常量时间-单个位 的操作；bit组的操作(即多个bit的批量操作)

 

    常用命令 SETBIT , GETBIT , BITOP , BITCOUNT , BITPOS

 

    bitmap普遍使用场景：

        1).各种实时分析

        2).存储和对象id关联的boolean信息,，高效而又节省空间

 

HyperLogLog (以下简称HLL)

    redis提供的一种概率数据结构，用于计算唯一事物(技术上来讲，是指估计一个集合的基数)

    如果用其它方式，会消耗成比例的内存来实现

    而是用redis提供的hyperloglog，可以得到比较精确的统计结果，这个结果相比真实结果，误差小于1%

    

    使用 PFADD 来添加计数；使用 PFCOUNT 来查询集合中的基数

 

    HLL中不会真的存储这些元素，该数据结构只保存一个状态

 

Redis的其它显著特性

    1).支持 对大集合的中的键空间进行逐步迭代

    2).可以云信Lua脚本服务器端 来提升延迟和带宽

    3).Redis也是一个pub-sub服务器(即发布与订阅)