redis---string类型详解

Redis 的 string（字符串）类型是最基础也最常用的数据类型，它不仅能存储文本字符串，还能存储二进制数据和数字，具有灵活高效的特点。

一、底层原理

Redis 的 string 类型并非直接使用 C 语言的原生字符串（以 \0 结尾的字符数组），而是采用了简单动态字符串（SDS，Simple Dynamic String） 结构，定义如下（简化版）：

struct sdshdr {int len;       // 已使用字节数（字符串长度）int free;      // 未使用字节数（空闲空间）char buf[];    // 字符数组（存储实际数据）
};

SDS 的优势：

1. O (1) 时间获取长度：通过 len 属性直接获取，无需像 C 字符串那样遍历。
2. 预分配空间：修改字符串时会预留 free 空间，减少内存重分配次数（如字符串增长时）。
3. 二进制安全：不依赖 \0 标识结尾，可存储图片、视频等二进制数据。
4. 杜绝缓冲区溢出：修改时会先检查空间是否足够，不足则自动扩容。

二、基本特性

1. 存储范围：

   • 最大长度为 512MB（包括文本、二进制数据等）。
   • 可存储：普通字符串（如 "hello"）、数字（如 123）、二进制数据（如序列化的对象）。

2. 原子性操作：所有 string 类型的命令都是原子性的，适合作为计数器、锁等场景。

三、常用命令

1. 基础操作

• SET key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]
  设置键值对。

  • 选项：EX（过期时间，秒）、PX（过期时间，毫秒）、NX（键不存在时才设置，否则返回nil）、XX（键存在时才设置，否则返回nil）。
    示例：SET name "redis" EX 3600（设置 name 为 "redis"，1 小时后过期）。

• GET key
  获取键对应的值。若键不存在，返回 nil。

  对于除string的value来说，使用get会报错       
•   示例：GET name → "redis"。

扩展：

# 清空所有数据库的所有数据
FLUSHALL

DEL key
删除键。返回被删除的键数量。
示例：DEL name → 1。

• EXISTS key
  判断键是否存在。返回 1（存在）或 0（不存在）。

2. 批量操作

• MSET key1 value1 key2 value2 ...
  批量设置键值对（原子操作）。
  示例：MSET a 1 b 2。

• MGET key1 key2 ...
  批量获取值，返回值的顺序与键的顺序一致。
  示例：MGET a b → [1, 2]。

3. 数字操作（自增 / 自减）

• INCR key
  对值进行自增 1（值必须是整数）。返回自增后的值。
  示例：INCR count → 1（若初始值为 0）。

• DECR key
  对值进行自减 1。返回自减后的值。

• INCRBY key increment
  自增指定整数（如 INCRBY count 5 表示 +5）。

• DECRBY key decrement
  自减指定整数。

• INCRBYFLOAT key increment
  自增指定浮点数（如 INCRBYFLOAT score 0.5）。

4. 字符串修改

• APPEND key value
  向字符串末尾追加内容。返回追加后的总长度。
  示例：APPEND name "db" → 6（原 name 为 "redis"，追加后为 "redisdb"）。

• STRLEN key
  获取字符串长度（字节数）。
  示例：STRLEN name → 6。

• SUBSTR key start end

• GETRNGE key start end
  截取子字符串（下标从 0 开始，end 为闭区间）。

  • 支持下标为负数

• 示例：SUBSTR name 0 2 → "red"。

• 

• Redis 的 SETRANGE 命令用于从指定偏移量（下标开始）覆盖字符串的值，即修改字符串中特定位置的字符。它可以对已存在的字符串进行部分更新，而无需替换整个字符串。

  基本语法

  bash

  SETRANGE key offset value

扩展：

redis-cli --raw

Ctrl+s在xshell中是冻结画面的效果

Ctrl+q解除冻结画面

5. 过期与生存时间

• EXPIRE key seconds
  设置键的过期时间（秒）。
  示例：EXPIRE code 60（60 秒后过期）。

• TTL key
  查看键的剩余生存时间（秒）。返回 -1（永不过期）、-2（已过期 / 不存在）。

四、内部编码

Redis 的 string 类型（字符串）在底层有三种不同的内部编码方式，Redis 会根据字符串的长度和内容自动选择最合适的编码，以优化内存占用和操作效率。这三种编码分别是：

1. int 编码

• 适用场景：当字符串的值是64 位有符号整数（范围：-9223372036854775808 至 9223372036854775807）时使用。
• 存储方式：直接以整数形式存储，而非字符数组，节省内存空间。
• 示例：SET num 12345 → 内部用 int 编码存储。

2. embstr 编码

• 适用场景：当字符串是短字符串（长度 ≤ 44 字节，Redis 3.2+ 标准），且内容不是整数时使用。
• 存储方式：
  • embstr 是 "embedded string" 的缩写，将字符串的元数据（长度、空闲空间等）和实际数据连续存储在同一块内存中。
  • 相比 raw 编码，减少了内存分配次数（一次分配即可），且数据在内存中连续，有利于 CPU 缓存。
• 示例：SET str "hello world"（长度 11 字节）→ 内部用 embstr 编码。

3. raw 编码

• 适用场景：当字符串是长字符串（长度 > 44 字节），或短字符串经过修改后长度超过阈值时使用。
• 存储方式：
  • 元数据和实际数据分开存储在不同的内存块中。
  • 适合存储较长的文本或二进制数据（如序列化对象、图片等）。
• 示例：SET longstr "a...a"（长度 100 字节）→ 内部用 raw 编码。

编码转换规则

Redis 会根据字符串的内容和操作自动转换编码，规则如下：

1. int → raw：当整数被修改为非整数（如追加字符串）时，会转为 raw 编码。
   示例：SET num 123（int）→ APPEND num "abc" → 变为 "123abc"（raw）。

2. embstr → raw：embstr 是只读的，一旦被修改（如 APPEND、SETRANGE 等），会转为 raw 编码。
   示例：SET str "hello"（embstr）→ APPEND str " world" → 变为 "hello world"（若长度超过 44 字节则转为 raw）。

3. raw 不会转回 embstr 或 int：一旦转为 raw 编码，即使后续修改使字符串变短或成为整数，也不会再转回更节省内存的编码。

为什么需要多种编码？

• 内存优化：短字符串用 embstr 减少内存碎片，整数用 int 直接存储，避免字符数组的冗余。
• 性能优化：embstr 的连续内存布局提升访问速度，raw 适合处理长字符串的灵活修改。

查看内部编码的方法

使用 OBJECT ENCODING key 命令可查看指定键的内部编码：

SET num 123
OBJECT ENCODING num  # 输出 "int"SET str "hello"
OBJECT ENCODING str  # 输出 "embstr"SET longstr "a"*100  # 100个"a"
OBJECT ENCODING longstr  # 输出 "raw"