Redis 五大核心数据结构知识点梳理

目录

一、String（字符串）：最基础的键值存储

1. 核心定义

2. 底层实现

3. 关键特性

4. 核心命令

5. 典型应用

二、Hash（哈希）：键值对的集合

1. 核心定义

2. 底层实现

3. 关键特性

4. 核心命令

5. 典型应用

三、List（列表）：有序的字符串序列

1. 核心定义

2. 底层实现

3. 关键特性

4. 核心命令

5. 典型应用

四、Set（集合）：无序的唯一字符串集合

1. 核心定义

2. 底层实现

3. 关键特性

4. 核心命令

5. 典型应用

五、Sorted Set（有序集合）：按分数排序的唯一集合

1. 核心定义

2. 底层实现

3. 关键特性

4. 核心命令

5. 典型应用

总结：五大数据结构核心差异表

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Redis 五种核心数据结构（String、Hash、List、Set、Sorted Set）是其高性能特性的核心载体，覆盖从简单缓存到复杂业务场景的需求。以下从核心定义、底层实现、关键特性、核心命令、典型应用五个维度，进行结构化知识点梳理，便于快速理解与记忆。

一、String（字符串）：最基础的键值存储

1. 核心定义

• Redis 最基础的数据结构，对外表现为“键-值”对，值支持字符串、整数（64位有符号）、浮点数、二进制数据（如图片流）。
• 是构建复杂功能的“原子单元”，其他数据结构的元素本质也多为 String 类型。

2. 底层实现

依赖 SDS（Simple Dynamic String，动态字符串） 结构，解决 C 语言原生字符串缺陷，编码随值的类型/长度动态切换：

编码类型	适用场景	核心优势
int	值为 64 位有符号整数	直接存整数，支持 INCR/DECR 原子操作，内存占用最小
embstr	字符串长度 ≤ 44 字节（Redis 6.0+）	键对象与 SDS 数据同块内存，减少碎片
raw	字符串长度 > 44 字节	键与 SDS 分开存储，支持动态扩容，适合长字符串

3. 关键特性

• 操作性能：所有操作（增删改查）均为 O(1) 时间复杂度。
• 功能扩展：支持整数原子增减、字符串拼接/截取、二进制安全存储。

4. 核心命令

命令	功能	示例
SET key value [EX 秒] [NX]	设置键值（可选过期/不存在才设）	SET user:name Alice EX 3600
GET key	获取值	GET user:name
INCR/DECR key	整数原子加/减 1	INCR user:age
APPEND key value	字符串拼接	APPEND user:info " gender:女"

5. 典型应用

• 缓存热点数据（如商品详情、用户信息）；
• 计数器（文章阅读量、接口调用次数）；
• 分布式锁（基于 SET NX EX 实现）；
• Session 存储（分布式系统跨服务共享）。

二、Hash（哈希）：键值对的集合

1. 核心定义

• 二级结构：“键-（字段 field - 值 value）”，一个 Hash 键可包含多个 field-value 对，适合存储多属性的复杂对象。

2. 底层实现

随“字段数量”和“字段值大小”动态切换编码，平衡内存与性能：

编码类型	适用场景	核心优势
ziplist（压缩列表）	字段数 ≤ 512（默认）+ 字段值 ≤ 64 字节（默认）	连续内存存储，无指针开销，内存利用率极高
hashtable（哈希表）	字段数 > 512 或字段值 > 64 字节	数组+链表解决哈希冲突，支持 O(1) 快速查询

3. 关键特性

• 操作粒度：可单独操作某个 field（增删改查），无需修改整个 Hash；
• 性能：单个 field 操作 O(1)，遍历所有 field 操作 O(n)（n 为字段数）。

4. 核心命令

命令	功能	示例
HSET key field value	设置 field-value 对	HSET user:100 name Alice age 25
HGET key field	获取指定 field 的值	HGET user:100 name
HMGET key f1 f2	批量获取 field 值	HMGET user:100 name age
HKEYS/HVALS key	获取所有 field/所有 value	HKEYS user:100
HDEL key field	删除指定 field	HDEL user:100 age

5. 典型应用

• 存储对象属性（如用户信息、商品规格）；
• 购物车（用户 ID 为 Hash 键，商品 ID 为 field，数量为 value）；
• 配置管理（存储系统/服务的多维度配置项）。

三、List（列表）：有序的字符串序列

1. 核心定义

• 有序、可重复的字符串集合，支持从头部（left）、尾部（right） 高效插入/删除，底层基于双向链表思想实现。

2. 底层实现

Redis 3.2+ 统一使用 quicklist（快速列表），替代早期的 ziplist + linkedlist：

• 结构：多个 ziplist（压缩列表）用双向链表连接，每个 ziplist 存多个元素；
• 优势：兼顾 ziplist 的内存紧凑性和双向链表的两端操作高效性；
• 关键配置：list-max-ziplist-size（单个 ziplist 最大大小）、list-compress-depth（两端节点压缩深度）。

3. 关键特性

• 有序性：按元素插入顺序排列，支持索引访问（但中间索引操作 O(n)）；
• 性能：头部/尾部插入/删除 O(1)，中间元素操作 O(n)。

4. 核心命令

命令	功能	示例
LPUSH/RPUSH key val	头部/尾部插入元素	LPUSH msg:queue "hello"
LPOP/RPOP key	头部/尾部删除元素	RPOP msg:queue
LRANGE key start end	获取 [start, end] 区间元素	LRANGE msg:queue 0 -1（所有元素）
LLEN key	获取列表长度	LLEN msg:queue

5. 典型应用

• 消息队列（基于 LPUSH + RPOP 实现简单 FIFO 队列）；
• 最新列表（如“最新文章”“最近评论”，LPUSH 新增 + LRANGE 取前 N）；
• 栈（基于 LPUSH + LPOP 实现 LIFO 栈）。

四、Set（集合）：无序的唯一字符串集合

1. 核心定义

• 无序、元素唯一的字符串集合，支持交集、并集、差集等集合运算，适合“去重”和“关系计算”。

2. 底层实现

随元素类型和数量动态切换编码：

编码类型	适用场景	核心优势
intset（整数集合）	所有元素为整数 + 元素数 ≤ 512（默认）	紧凑存储，支持整数自动升级（16位→32位→64位），无哈希开销
hashtable（哈希表）	元素含非整数或元素数 > 512	以元素为键、值为 NULL，利用哈希表唯一性去重，O(1) 操作

3. 关键特性

• 唯一性：自动去重，重复插入元素会被忽略；
• 集合运算：支持交集（SINTER）、并集（SUNION）、差集（SDIFF）；
• 性能：插入/删除/判断元素存在 O(1)，集合运算 O(n)（n 为元素总数）。

4. 核心命令

命令	功能	示例
SADD key member	添加元素	SADD user:100:tags sports music
SMEMBERS key	获取所有元素	SMEMBERS user:100:tags
SISMEMBER key member	判断元素是否存在	SISMEMBER user:100:tags sports
SINTER/SUNION/SDIFF k1 k2	交集/并集/差集	SINTER user1:tags user2:tags
SREM key member	删除元素	SREM user:100:tags music

5. 典型应用

• 数据去重（如用户点赞的文章 ID、去重的日志 ID）；
• 关系计算（社交场景的“共同好友”“好友推荐”）；
• 标签系统（商品标签、用户兴趣标签，支持多标签筛选）。

五、Sorted Set（有序集合）：按分数排序的唯一集合

1. 核心定义

• 在 Set“元素唯一”的基础上，为每个元素分配分数（score），按分数自动排序，支持按分数范围/排名查询，是 Redis 功能最强大的结构之一。

2. 底层实现

随元素数量和元素大小动态切换编码：

编码类型	适用场景	核心优势
ziplist（压缩列表）	元素数 ≤ 128（默认）+ 元素长度 ≤ 64 字节（默认）	按“member→score”交替存储，分数升序，内存紧凑
skiplist + hashtable	元素数 > 128 或元素长度 > 64 字节	- 跳表（skiplist）：按 score 排序，O(log n) 范围/排名查询； - 哈希表：映射 member→score，O(1) 查改 score，保证唯一性

3. 关键特性

• 有序性：按 score 升序排列，支持降序查询（ZREVRANGE）；
• 排名功能：可获取元素的排名（ZRANK/ZREVRANK），或按排名取元素；
• 性能：插入/删除/查改 score 均为 O(log n)。

4. 核心命令

命令	功能	示例
ZADD key score member	添加元素（指定分数）	ZADD rank:score 95 Alice 88 Bob
ZRANGE/ZREVRANGE k s e [WITHSCORES]	升序/降序取元素（带分数）	ZREVRANGE rank:score 0 0（第一名）
ZSCORE key member	获取元素分数	ZSCORE rank:score Alice
ZRANK/ZREVRANK key member	升序/降序排名	ZREVRANK rank:score Alice
ZRANGEBYSCORE k min max	按分数范围取元素	ZRANGEBYSCORE rank:score 80 90

5. 典型应用

• 排行榜系统（游戏积分、文章阅读量、商品销量 Top N）；
• 优先级队列（任务优先级为 score，高分数任务优先执行）；
• 范围统计（用户积分等级划分、按时间范围筛选数据）。

总结：五大数据结构核心差异表

数据结构	核心特点	有序性	唯一性	核心优势场景	操作复杂度（核心操作）
String	单键值、多类型	-	-	缓存、计数、锁	O(1)
Hash	二级键值对	-	-	存储对象、购物车	O(1)（单 field）
List	双向序列	插入序	不保证	消息队列、最新列表	O(1)（头尾）、O(n)（中间）
Set	无序列合	无	保证	去重、关系计算	O(1)（增删查）、O(n)（集合运算）
Sorted Set	分数排序	分数序	保证	排行榜、优先级队列	O(log n)（增删查排）