V2CE - Redis 5 种基本数据结构（String、List、Hash、Set、Sorted Set）详解

首发于：Redis 5 种基本数据结构详解 – JavaGuide

相关文章：Redis常见面试题总结(上) 。

Redis 5 种基本数据结构（String、List、Hash、Set、Sorted Set）在面试中经常会被问到，这篇文章我们一起来回顾温习一下。

还有几种比较特殊的数据结构（HyperLogLogs、Bitmap 、Geospatial、Stream）也非常重要，我们后面下次再聊！

下面是正文。

你可以在 Redis 官网上找到 Redis 数据结构非常详细的介绍：

未来随着 Redis 新版本的发布，可能会有新的数据结构出现，通过查阅 Redis 官网对应的介绍，你总能获取到最靠谱的信息。

String（字符串）

介绍

String 是 Redis 中最简单同时也是最常用的一个数据结构。

String 是一种二进制安全的数据结构，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。

常用命令

命令	介绍
SET key value	设置指定 key 的值
SETNX key value	只有在 key 不存在时设置 key 的值
GET key	获取指定 key 的值
MSET key1 value1 key2 value2 …	设置一个或多个指定 key 的值
MGET key1 key2 …	获取一个或多个指定 key 的值
STRLEN key	返回 key 所储存的字符串值的长度
INCR key	将 key 中储存的数字值增一
DECR key	将 key 中储存的数字值减一
EXISTS key	判断指定 key 是否存在
DEL key（通用）	删除指定的 key
EXPIRE key seconds（通用）	给指定 key 设置过期时间

更多 Redis String 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=string 。

基本操作 ：

> SET key value
OK
> GET key
"value"
> EXISTS key
(integer) 1
> STRLEN key
(integer) 5
> DEL key
(integer) 1
> GET key
(nil)

批量设置 ：

> MSET key1 value1 key2 value2
OK
> MGET key1 key2 # 批量获取多个 key 对应的 value
1) "value1"
2) "value2"

计数器（字符串的内容为整数的时候可以使用）：

> SET number 1
OK
> INCR number # 将 key 中储存的数字值增一
(integer) 2
> GET number
"2"
> DECR number # 将 key 中储存的数字值减一
(integer) 1
> GET number
"1"

设置过期时间（默认为永不过期）：

> EXPIRE key 60
(integer) 1
> SETNX key 60 value # 设置值并设置过期时间
OK
> TTL key
(integer) 56

应用场景

需要存储常规数据的场景

举例：缓存 session、token、图片地址、序列化后的对象(相比较于 Hash 存储更节省内存)。
相关命令： SET、GET。

需要计数的场景

举例：用户单位时间的请求数（简单限流可以用到）、页面单位时间的访问数。
相关命令：SET、GET、 INCR、DECR 。

分布式锁

利用 SETNX key value 命令可以实现一个最简易的分布式锁（存在一些缺陷，通常不建议这样实现分布式锁）。

List（列表）

介绍

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。

常用命令

命令	介绍
RPUSH key value1 value2 …	在指定列表的尾部（右边）添加一个或多个元素
LPUSH key value1 value2 …	在指定列表的头部（左边）添加一个或多个元素
LSET key index value	将指定列表索引 index 位置的值设置为 value
LPOP key	移除并获取指定列表的第一个元素(最左边)
RPOP key	移除并获取指定列表的最后一个元素(最右边)
LLEN key	获取列表元素数量
LRANGE key start end	获取列表 start 和 end 之间的元素

更多 Redis List 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=list 。

通过 RPUSH/LPOP 或者 LPUSH/RPOP实现队列 ：

> RPUSH myList value1
(integer) 1
> RPUSH myList value2 value3
(integer) 3
> LPOP myList
"value1"
> LRANGE myList 0 1
1) "value2"
2) "value3"
> LRANGE myList 0 -1
1) "value2"
2) "value3"

通过 RPUSH/RPOP或者LPUSH/LPOP 实现栈 ：

> RPUSH myList2 value1 value2 value3
(integer) 3
> RPOP myList2 # 将 list的头部(最右边)元素取出
"value3"

我专门画了一个图方便大家理解 RPUSH , LPOP , lpush , RPOP 命令：

通过 LRANGE 查看对应下标范围的列表元素 ：

> RPUSH myList value1 value2 value3
(integer) 3
> LRANGE myList 0 1
1) "value1"
2) "value2"
> LRANGE myList 0 -1
1) "value1"
2) "value2"
3) "value3"

通过 LRANGE 命令，你可以基于 List 实现分页查询，性能非常高！

通过 LLEN 查看链表长度 ：

> LLEN myList
(integer) 3

应用场景

信息流展示

举例：最新文章、最新动态。
相关命令： LPUSH、LRANGE。

消息队列

Redis List 数据结构可以用来做消息队列，只是功能过于简单且存在很多缺陷，不建议这样做。

相对来说，Redis 5.0 新增加的一个数据结构 Stream 更适合做消息队列一些，只是功能依然非常简陋。和专业的消息队列相比，还是有很多欠缺的地方比如消息丢失和堆积问题不好解决。

Hash（哈希）

介绍

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。

常用命令

命令	介绍
HSET key field value	设置指定哈希表中指定字段的值
HSETNX key field value	只有指定字段不存在时设置指定字段的值
HMSET key field1 value1 field2 value2 …	同时将一个或多个 field-value (域-值)对设置到指定哈希表中
HGET key field	获取指定哈希表中指定字段的值
HMGET key field1 field2 …	获取指定哈希表中一个或者多个指定字段的值
HGETALL key	获取指定哈希表中所有的键值对
HEXISTS key field	查看指定哈希表中指定的字段是否存在
HDEL key field1 field2 …	删除一个或多个哈希表字段
HLEN key	获取指定哈希表中字段的数量

更多 Redis Hash 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=hash 。

模拟对象数据存储 ：

> HMSET userInfoKey name "guide" description "dev" age "24"
OK
> HEXISTS userInfoKey name # 查看 key 对应的 value中指定的字段是否存在。
(integer) 1
> HGET userInfoKey name # 获取存储在哈希表中指定字段的值。
"guide"
> HGET userInfoKey age
"24"
> HGETALL userInfoKey # 获取在哈希表中指定 key 的所有字段和值
1) "name"
2) "guide"
3) "description"
4) "dev"
5) "age"
6) "24"
> HSET userInfoKey name "GuideGeGe"
> HGET userInfoKey name
"GuideGeGe"

应用场景

对象数据存储场景

举例：用户信息、商品信息、文章信息、购物车信息。
相关命令：HSET （设置单个字段的值）、HMSET（设置多个字段的值）、HGET（获取单个字段的值）、HMGET（获取多个字段的值）。

Set（集合）

介绍

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。

常用命令

命令	介绍
SADD key member1 member2 …	向指定集合添加一个或多个元素
SMEMBERS key	获取指定集合中的所有元素
SCARD key	获取指定集合的元素数量
SISMEMBER key member	判断指定元素是否在指定集合中
SINTER key1 key2 …	获取给定所有集合的交集
SINTERSTORE destination key1 key2 …	将给定所有集合的交集存储在 destination 中
SUNION key1 key2 …	获取给定所有集合的并集
SUNIONSTORE destination key1 key2 …	将给定所有集合的并集存储在 destination 中
SDIFF key1 key2 …	获取给定所有集合的差集
SDIFFSTORE destination key1 key2 …	将给定所有集合的差集存储在 destination 中
SPOP key count	随机移除并获取指定集合中一个或多个元素
SRANDMEMBER key count	随机获取指定集合中指定数量的元素

更多 Redis Set 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=set 。

基本操作 ：

> SADD mySet value1 value2
(integer) 2
> SADD mySet value1 # 不允许有重复元素，因此添加失败
(integer) 0
> SMEMBERS mySet
1) "value1"
2) "value2"
> SCARD mySet
(integer) 2
> SISMEMBER mySet value1
(integer) 1
> SADD mySet2 value2 value3
(integer) 2

mySet : value1、value2 。
mySet2 ： value2 、value3 。

求交集 ：

> SINTERSTORE mySet3 mySet mySet2
(integer) 1
> SMEMBERS mySet3
1) "value2"

求并集 ：

> SUNION mySet mySet2
1) "value3"
2) "value2"
3) "value1"

求差集 ：

> SDIFF mySet mySet2 # 差集是由所有属于 mySet 但不属于 A 的元素组成的集合
1) "value1"

应用场景

需要存放的数据不能重复的场景

举例：网站 UV 统计（数据量巨大的场景还是 HyperLogLog更适合一些）、文章点赞、动态点赞等场景。
相关命令：SCARD（获取集合数量）。

需要获取多个数据源交集、并集和差集的场景

举例：共同好友(交集)、共同粉丝(交集)、共同关注(交集)、好友推荐（差集）、音乐推荐（差集）、订阅号推荐（差集+交集）等场景。
相关命令：SINTER（交集）、SINTERSTORE （交集）、SUNION （并集）、SUNIONSTORE（并集）、SDIFF（交集）、SDIFFSTORE （交集）。

需要随机获取数据源中的元素的场景

举例：抽奖系统、随机。
相关命令：SPOP（随机获取集合中的元素并移除，适合不允许重复中奖的场景）、SRANDMEMBER（随机获取集合中的元素，适合允许重复中奖的场景）。

Sorted Set（有序集合）

介绍

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。

常用命令

命令	介绍
ZADD key score1 member1 score2 member2 …	向指定有序集合添加一个或多个元素
ZCARD KEY	获取指定有序集合的元素数量
ZSCORE key member	获取指定有序集合中指定元素的 score 值
ZINTERSTORE destination numkeys key1 key2 …	将给定所有有序集合的交集存储在 destination 中，对相同元素对应的 score 值进行 SUM 聚合操作，numkeys 为集合数量
ZUNIONSTORE destination numkeys key1 key2 …	求并集，其它和 ZINTERSTORE 类似
ZDIFF destination numkeys key1 key2 …	求差集，其它和 ZINTERSTORE 类似
ZRANGE key start end	获取指定有序集合 start 和 end 之间的元素（score 从低到高）
ZREVRANGE key start end	获取指定有序集合 start 和 end 之间的元素（score 从高到底）
ZREVRANK key member	获取指定有序集合中指定元素的排名(score 从大到小排序)

更多 Redis Sorted Set 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=sorted-set 。

基本操作 ：

> ZADD myZset 2.0 value1 1.0 value2
(integer) 2
> ZCARD myZset
2
> ZSCORE myZset value1
2.0
> ZRANGE myZset 0 1
1) "value2"
2) "value1"
> ZREVRANGE myZset 0 1
1) "value1"
2) "value2"
> ZADD myZset2 4.0 value2 3.0 value3
(integer) 2

myZset : value1(2.0)、value2(1.0) 。
myZset2 ： value2 （4.0）、value3(3.0) 。

获取指定元素的排名 ：

> ZREVRANK myZset value1
0
> ZREVRANK myZset value2
1

求交集 ：

> ZINTERSTORE myZset3 2 myZset myZset2
1
> ZRANGE myZset3 0 1 WITHSCORES
value2
5

求并集 ：

> ZUNIONSTORE myZset4 2 myZset myZset2
3
> ZRANGE myZset4 0 2 WITHSCORES
value1
2
value3
3
value2
5

求差集 ：

> ZDIFF 2 myZset myZset2 WITHSCORES
value1
2

应用场景

需要随机获取数据源中的元素根据某个权重进行排序的场景

举例：各种排行榜比如直播间送礼物的排行榜、朋友圈的微信步数排行榜、王者荣耀中的段位排行榜、话题热度排行榜等等。
相关命令：ZRANGE (从小到大排序) 、 ZREVRANGE （从大到小排序）、ZREVRANK (指定元素排名)。

《Java 面试指北》的「技术面试题篇」就有一篇文章详细介绍如何使用 Sorted Set 来设计制作一个排行榜。

需要存储的数据有优先级或者重要程度的场景 比如优先级任务队列。

举例：优先级任务队列。
相关命令：ZRANGE (从小到大排序) 、 ZREVRANGE （从大到小排序）、ZREVRANK (指定元素排名)。

参考

Redis Data Structures ：https://redis.com/redis-enterprise/data-structures/ 。
Redis Commands ： https://redis.io/commands/ 。
Redis Data types tutorial：https://redis.io/docs/manual/data-types/data-types-tutorial/ 。
Redis 存储对象信息是用 Hash 还是 String : https://segmentfault.com/a/1190000040032006

后记

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String（字符串）

介绍

常用命令

应用场景

List（列表）

介绍

常用命令

应用场景

Hash（哈希）

介绍

常用命令

应用场景

Set（集合）

介绍

常用命令

应用场景

Sorted Set（有序集合）

介绍

常用命令

应用场景

参考

后记