Redis 数据结构全景解析

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Redis 不是简单的 key-value 缓存，它更像一把“瑞士军刀”。
只要掌握数据结构，就能把同一份内存用出 10 倍效率。

0. 开场白：为什么聊数据结构？

面试常问“Redis 有几种数据类型？”——很多人答 5 种（String、List、Hash、Set、ZSet）。
但 Redis 7.0 源码里已出现 9 种编码（encoding），未来还会更多。
理解“类型 vs 编码”是区分菜鸟与专家的第一步。

对外类型（type）	内部可能编码（encoding）	场景关键字
string	int、embstr、raw、sdshdr5…	计数器、缓存
list	ziplist、quicklist	消息队列
hash	ziplist、hashtable	对象缓存
set	intset、hashtable	去重、抽奖
zset	ziplist、skiplist	排行榜
stream	rax + listpack	Kafka-lite
bitmap / hyperloglog / geo	特殊紧凑编码	大数据去重、LBS

下面按使用频率由浅入深展开。

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1. String：最被低估的“全能选手”

• 底层：简单动态字符串（SDS），预分配策略减少 80% 内存重分配。
• 三大绝技
  1. 缓存：SET / GET 常规操作。
  2. 计数器：INCR、INCRBY 原子自增，秒杀库存必备。
  3. 分布式锁：SET key value NX PX 30000 一条命令解决“SETNX + EXPIRE”非原子问题。
• 面试题：为什么 512 MB 以下都用 embstr？
  答：embstr 将 redisObject 与 SDS 连续分配，一次 malloc，CPU cache 友好。

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2. List：双端队列 & 阻塞队列

• 编码进化史：ziplist(<=3.2) → quicklist(4.0) → listpack(7.0)。
• 典型用法
  • 栈：LPUSH + LPOP
  • 队列：RPUSH + LPOP
  • 阻塞队列：BLPOP mylist 0（0 表示永不超时）
• 坑：ziplist 转 quicklist 的阈值 list-max-ziplist-size -2，负值表示节点字节限制。

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3. Hash：小对象之王

• 阈值：hash-max-ziplist-entries 512 / hash-max-ziplist-value 64。
  小 Hash 用 ziplist，大 Hash 自动转 hashtable，O(1) vs O(N) 差异巨大。
• 实战：

  HSET user:1001 name kim age 18
  HINCRBY user:1001 age 1
  

  单 key 管理对象字段，比多个 String 省内存 30%+。

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4. Set：无序去重 + 数学集合

• 编码：全整数且元素 ≤ set-max-intset-entries 512 → intset，否则 hashtable。
• 花式用法
  • 抽奖：SRANDMEMBER lucky 1 随机 1 人
  • 交并差：SINTER tag:redis tag:cache 找出共同标签的文章。

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5. Sorted Set：排行榜 & 延迟队列

• 底层：skiplist + dict 双索引，O(logN) 范围查询 + O(1) 成员定位。
• 排行榜

  ZINCRBY rank:2025 1 player:42
  ZREVRANGE rank:2025 0 9 WITHSCORES
  

• 延迟队列：score 存执行时间戳，用 ZRANGEBYSCORE 定时轮询即可。

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6. Stream：Redis 的 Kafka

• 组成：
  • 消息：XADD mystream * field value
  • 消费组：XGROUP CREATE mystream g1 $
• 特点：
  • 消息持久化，重启不丢。
  • 支持 ACK、PEL（pending list），比 List 做队列更可靠。

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7. 三大“特种类型”

类型	命令示例	用途
Bitmap	SETBIT uv:20250801 10086 1	日活统计（1 bit/用户）
HyperLogLog	PFADD ip:20250801 1.1.1.1	去重计数，误差 < 0.81%
Geo	GEOADD shops 116.397 39.909 “beijing”	附近 5 km 门店

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8. 内存优化 3 板斧

1. 编码对齐：DEBUG OBJECT key 看 encoding，针对性调阈值。
2. 压缩：开启 list-compression-depth 2 对中间节点压缩。
3. 短结构：小数据量用 ziplist/listpack，可把内存压到 1/8。

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9. 小结与思维导图

Redis 数据结构 = 对外类型 + 内部编码 + 阈值参数↓用对结构，省内存，提性能