redis知识盘点【贰】_五种类型
上篇文章：redis知识盘点【壹】_基础知识
为力争此系列文章都可以保证一定的干货率，所以有别于其他介绍redis的文章，本文将舍弃那些通篇累牍的redis指令，需要时可自行去redis中文网进行查阅。
redis主要支持字符串(String)、哈希(Map)、列表(list)、集合(sets) 和有序集合(sorted sets)五种数据类型，而redis的五种数据类型是对外的，实际内部各种类型还有两种以上自己的编码实现，根据不同的场景使用不同的编码。
可通过下面指令查看key的类型
type key ;
此时返回的类型枚举见下表：
其中，每种对象类型又有各自的编码实现，如下图：
可通过下面指令查看key的字符编码
object encoding key ;
此时返回的编码枚举见下表：
redis首先内部构造了一个名为redisObject的结构体，可用于表示所有类型的对象。结构体中和保存数据相关的有3个属性，分别为type(用于保存对象的类型)，encoding(用于保存对象的编码)和*ptr(用于指向底层实现数据结构的指针)。具体细化到各种类型的不同实现，下面逐一进行说明。
内部编码有如下3种：
int：8个字节的长整型
embstr：小于等于39个字节的字符串
raw：大于39个字节的字符串
其中，embstr和raw都是基于redis的内部抽象类型simple dynamic string (SDS)实现的。SDS封装了int len(字符串长度)，int free(buf数组中未使用字节的数量)和char buf[](字符串组)。SDS主要解决了C字符数组最后一位必须是'/0'的问题，redis是通过len来判断字符串长度，所以SDS中可以放空字符。另外，SDS在内存分配方面也做了足够的优化，当对SDS修改后，SDS的长度(len)小于1MB，则分配和len属性一样大的未使用空间；如果大于等于1MB，则分配1MB的未使用空间。当删除部分字符时，删掉的字符空间不会释放，而会继续作为未使用空间。
当对int编码的字符串追加文本字符串后，对象会自动转换为raw编码；另外由于embstr编码不支持对内容进行修改，所以对embstr编码对象执行任何修改命令后，对象都会转换为raw编码。
字符串类型的应用场景：
1.存储用户信息json；
2.计数；
3.共享session；
4.限速(比如发送短信五分钟限制)；
字符串get和set时间复杂度为O(1)。
getrange、mget和mset时间复杂度为O(n)，n为返回字符串个数。
哈希型
内部编码2种：
ziplist(压缩列表)：当哈希类型元素小于hash-max-ziplist-entries(默认512个，配置在.conf文件中，下同)时、同时所有值都小于hash-max-ziplist-value(默认64字节)时，redis使用ziplist作为内部实现。优点节省内存。
hashtable(哈希表)：当哈希类型不能满足ziplist时，redis使用hashtable作为内部实现。
ziplist是redis内部实现的一个抽象模型，其结构如下：
其中，zlbytes用于记录压缩列表占用的内存字节数；zltail用于记录压缩列表表尾节点距离起始地址有多少字节；zllen用于记录压缩列表包含的节点数量；entry为压缩列表各个节点；zlend为图书值0xFF标记压缩列表的末端。
entry的结构如下：
其中，previous_entry_length用于记录前一个节点的长度；encoding用于记录节点的content保存数据的类型和长度；content用于保存节点的值。
当哈希型对象使用ziplist编码时，其entry依次保存元素的key和value。
hashtable抽象模型的结构如下：
字典dict结构中，type是一个纸箱dictType结构的指针，每个dictType结构保存了一簇用于操作特定类型键值对的函数；privdata保存了需要传给那些类型特定函数的可选参数；ht包含2个dictht的数组，一般使用ht[0]，ht[1]位rehash时使用；trehashidx记录rehash进度，没有进行时为-1。
哈希表dictht结构中，table指针是指向一个dictEntry数组，其中每个dictEntry保存一个键值对；size保存了哈希表的大小；used记录了哈希表目前已有节点的数量；sizemask总是等于size-1，用于决定键应该被路由到table数组哪个索引上。
哈希表节点dictEntry结构中，key保存了键值对中的键；v保存了键值对中的值，可以是一个指针、uint64_t整数或int64_t整数；next用于连接另一个哈希表节点的指针，hash冲突时使用。
存储用户信息，按field-value形式保存，只用一个键保存。
哈希类型hget和hset时间复杂度为O(1)，hmget、hmset、hkeys和hvals时间复杂度为O(n)。
列表型
存储多个有序字符串，可以进行两边的插入(push)和弹出(pop)。
内部编码2种：
ziplist，当列表类型元素小于list-max-ziplist-entries(默认512个)时、同时所有值都小于list-max-ziplist-value(默认64字节)时，redis使用ziplist作为内部实现。优点节省内存。
linkedlist，当列表类型无法满足ziplist时，使用linkedlist。
ziplist的redis实现如上，不再赘述。
linkedlist也是redis自己实现的抽象模型，结构如下：
其中，head是表头指针；tail是表尾指针；len是链表长度计数器；dup函数用于复制链表节点锁保存的值；free函数用于释放链表节点锁保存的值；match函数则用于对比链表节点锁保存的值和另一个输入值是否相等。
各ListNode节点之间通过prev和next指针组成双端链表。表头节点的prev指针和表尾节点的next指针都指向null,对链表的访问以null为终点。
列表类型的应用场景：
1.消息队列，lpush和brpop即可实现阻塞队列。生产者客户端使用lpush在列表左侧插入元素，多个消费者使用brpop命令阻塞式抢列表尾部的元素，保证了消费的负载均衡和高可用；
2.文章列表，文章使用哈希，再放入list中。
列表命令组合使用的口诀：
lpush+lpop=stack（栈）
lpush+rpop=Queue（队列）
lpush+ltrim=Capped Collection（有限集合）
lpush+brpop=Message Queue（消息队列）
列表lpush和rpush时间复杂度为O(1)。
linsert和lset时间复杂度为O(n)。对lset来说，n是列表长度，但是如果是列表第一个或最后一个元素，n则为1；对linsert来说，n是列表元素的位置，最坏情况是插在末尾。
lrange时间复杂度为O(s+n)，s为从列表的表头或者表尾到偏移量位置的元素个数，n代表返回的元素总数。
集合型
不允许有重复元素，不能通过索引下标获取元素。一个集合最多可存储2^32-1个元素。
内部编码有2种：
intset(整数集合)，当列表类型元素小于set-max-ziplist-entries(默认512个)时，redis使用intset 作为内部实现。优点节省内存。
hashtable(哈希表)，当集合类型无法满足intset时。
intset为redis内部的抽象模型，结构如下：
其中，encoding为contents数组的属性，有int16_t、int32_t和int64_4三种；length是整数集合的元素数量；contents为整数集合的底层实现，每个元素都是contents数组的一个数组项。当数组中新保存的数字超过原来的属性长度时，redis会自动升级数组属性；但是一旦升级后就不会降级。
hashtable的redis实现如上，不再赘述。当集合使用hashtable作为底层实现时，value放的是null。
集合类型的应用场景：
用户标签。
集合命令组合使用的口诀：
sadd = 标签
spop/srandmember = 抽签
sadd + sinter = 社交需求
集合sadd时间复杂度为O(n)，n是需要添加到集合的元素总数。
sismember时间复杂度为O(1)。
smembers时间复杂度为O(n)。
sunion和sunionstore(取并集)时间复杂度为O(n)，n是集合的元素总数。
sinter和sinterstore(取交集)时间复杂度为O(n*m)，n是最小集合的元素总数，m是集合个数。
sdiff和sdiffstore(取差集)时间复杂度为O(n)，n是所有集合的元素总数。
不允许有重复元素，不能通过索引下标获取元素。有序，以每个元素的score作为排序依据。
内部编码有2种：
ziplist，当列表类型元素小于zset-max-ziplist-entries(默认128个)时、同时所有值都小于zset-max-ziplist-value(默认64字节)时，redis使用ziplist作为内部实现。优点节省内存。
skiplist(跳跃表)，当ziplist不满足时。
ziplist的redis实现如上，不再赘述。当有序集合使用ziplist作为底层实现时，ziplist依次保存元素的成员(member)和分数(score)。元素按分值从小到大进行排序，分值小的靠近表头。
当有序集合采用skiplist编码实现时，其实是同时使用了skiplist和hashtable(字典)来实现。排序的时候读取skiplist，而查找成员时读取hashtable。具体实现时底层数据是同一套，只不过被skiplist和hashtable分别引用而已。
有序集合类型的使用场景：
排行榜，可以多维度。
有序集合zadd时间复杂度为O(log(n))，n是集合的元素总数。
zinterstore时间复杂度为O(n*k)+O(mlog(m))，n是最小有序集合的元素总数，k是这些求交集的有序集合总数，m是最后返回的有序集合计算结果中元素个数。
zunionstore时间复杂度为O(n)+O(M long(M))，n是所有有序集合大小总数，m是最终有序集合的元素总数。
另外虽然redis官方没有强制，但是我们一般在开发工作中约定俗成地使用冒号：作为key中各元素的分隔符。以图书业务场景为例：哈希类型用book:{id}；集合类型用books:{type_id}；有序集合用books:{ranking_list_type}；整数类型用book:{id}:{property}。
下一篇文章计划说一下redis的持久化。