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Redis的String详解

news 2025/10/11 9:02:09

Redis String数据结构概述

Redis的String类型是最基本、最常用的数据类型，可以存储任何形式的数据，包括字符串、整数、浮点数、甚至二进制数据。String类型的值最大可以存储512MB的数据。

String类型的特点

  • 二进制安全：可以存储任何二进制数据，不限于可打印字符
  • 多种编码方式：根据存储内容自动选择最优编码，节省内存
  • 丰富的操作：支持字符串操作、数值计算、位操作等
  • 原子性操作：所有操作都是原子的，适合计数器等场景

应用场景

场景说明
缓存存储用户会话、页面缓存、对象序列化数据
计数器文章阅读量、用户点赞数、在线人数等
分布式锁利用SETNX命令实现分布式锁
限流器结合过期时间实现API限流
位图用户签到、特征标记等

Redis String的底层实现

Redis String的底层实现主要采用三种编码方式：int、embstr、raw。Redis会根据存储的值自动选择最合适的编码方式。

底层数据结构

SDS（简单动态字符串）

Redis使用SDS而不是C语言原生字符串来表示字符串值：

struct sdshdr {int len;        // 字符串已使用的长度int free;       // 字符串未使用的长度char buf[];     // 字符数组，用于保存字符串
};

SDS的优势：

  • O(1)时间复杂度获取字符串长度
  • 避免缓冲区溢出
  • 减少内存重分配次数
  • 二进制安全

三种编码方式

INT编码

适用条件：

  • 存储的值是整数
  • 整数值在LONG_MIN到LONG_MAX之间（64位系统为-263到263-1）

内存布局：

+---------------------+
|     redisObject     |
| type: String        |
| encoding: INT       |
| ptr: 12345          |  <- 整数值直接存储在ptr中
+---------------------+

示例：

127.0.0.1:6379> SET counter 100
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING counter
"int"

EMBSTR编码

适用条件：

  • 存储的值是字符串
  • 字符串长度小于等于44字节（Redis 5.0+）

内存布局：

+---------------------+---------------------+
|     redisObject     |       sdshdr        |
| type: String        | len: 5, free: 0     |
| encoding: EMBSTR    | buf: "Hello"        |
| ptr: --------------→|                     |
+---------------------+---------------------+

特点：

  • RedisObject和SDS在内存中连续存储
  • 只需要一次内存分配
  • 更好的缓存局部性

示例：

127.0.0.1:6379> SET short_str "Hello"
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING short_str
"embstr"

RAW编码

适用条件：

  • 存储的值是字符串
  • 字符串长度大于44字节

内存布局：

+---------------------+     +---------------------+
|     redisObject     |     |       sdshdr        |
| type: String        |     | len: 50, free: 10   |
| encoding: RAW       |----→| buf: "Long string..."|
| ptr: --------------→|     |                     |
+---------------------+     +---------------------+

特点：

  • RedisObject和SDS分开存储
  • 需要两次内存分配
  • 适用于长字符串

示例：

127.0.0.1:6379> SET long_str "This is a very long string that exceeds 44 bytes in length..."
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING long_str
"raw"

编码转换规则

编码方式会根据操作自动转换：

# 初始为INT编码
127.0.0.1:6379> SET num 100
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING num
"int"# 追加操作后转换为RAW编码
127.0.0.1:6379> APPEND num "abc"
(integer) 6
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING num
"raw"# EMBSTR在修改时会转换为RAW
127.0.0.1:6379> SET str "hello"
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING str
"embstr"
127.0.0.1:6379> APPEND str " world"
(integer) 11
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING str
"raw"

Redis String操作命令

基本操作命令

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

    127.0.0.1:6379> SET user:1:name "Tom" EX 3600
OK

  • GET key：获取键对应的值

    127.0.0.1:6379> GET user:1:name
"Tom"

  • DEL key：删除键

    127.0.0.1:6379> DEL user:1:name
(integer) 1

  • EXISTS key：判断键是否存在

    127.0.0.1:6379> EXISTS user:1:name
(integer) 0

批量操作命令

  • MSET key value [key value …]：批量设置键值对

    127.0.0.1:6379> MSET user:1:name "Tom" user:1:age 25 user:1:city "Shanghai"
OK

  • MGET key [key …]：批量获取值

    127.0.0.1:6379> MGET user:1:name user:1:age user:1:city
1) "Tom"
2) "25"
3) "Shanghai"

数字操作命令

  • INCR key：将键的整数值加1

    127.0.0.1:6379> INCR counter
(integer) 1

  • DECR key：将键的整数值减1

    127.0.0.1:6379> DECR counter
(integer) 0

  • INCRBY key increment：将键的值加上整数增量

    127.0.0.1:6379> INCRBY counter 5
(integer) 5

  • INCRBYFLOAT key increment：将键的值加上浮点数增量

    127.0.0.1:6379> INCRBYFLOAT price 1.5
"6.5"

字符串操作命令

  • APPEND key value：将值追加到现有值的末尾

    127.0.0.1:6379> APPEND greeting " World"
(integer) 11

  • STRLEN key：获取值的长度

    127.0.0.1:6379> STRLEN greeting
(integer) 11

  • GETRANGE key start end：获取子字符串

    127.0.0.1:6379> GETRANGE greeting 0 4
"Hello"

  • SETRANGE key offset value：从偏移量开始覆盖字符串

    127.0.0.1:6379> SETRANGE greeting 6 "Redis"
(integer) 11

位操作命令

  • SETBIT key offset value：设置或清除位的值

    127.0.0.1:6379> SETBIT user:1:login:2023 10 1
(integer) 0

  • GETBIT key offset：获取位的值

    127.0.0.1:6379> GETBIT user:1:login:2023 10
(integer) 1

  • BITCOUNT key [start end]：统计值为1的位数

    127.0.0.1:6379> BITCOUNT user:1:login:2023
(integer) 1

高级操作命令

  • SETEX key seconds value：设置键值对并指定过期时间（秒）

    127.0.0.1:6379> SETEX session:123 3600 "user_data"
OK

  • PSETEX key milliseconds value：设置键值对并指定过期时间（毫秒）

    127.0.0.1:6379> PSETEX temp:key 5000 "temporary_data"
OK

  • SETNX key value：键不存在时才设置

    127.0.0.1:6379> SETNX lock:resource 1
(integer) 1

  • GETSET key value：设置新值并返回旧值

    127.0.0.1:6379> GETSET counter 100
"50"

Java中操作Redis String

StringRedisTemplate配置

@Configuration
public class RedisConfig {@Beanpublic StringRedisTemplate stringRedisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {StringRedisTemplate template = new StringRedisTemplate();template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);// 设置序列化器template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());template.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());template.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());template.setHashValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());return template;}
}

基本操作示例

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;import java.util.concurrent.TimeUnit;@Component
public class RedisStringService {@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;// 设置值public void set(String key, String value) {stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, value);}// 设置值并指定过期时间public void setWithExpire(String key, String value, long timeout, TimeUnit unit) {stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, value, timeout, unit);}// 获取值public String get(String key) {return stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);}// 设置值（仅当键不存在时）public Boolean setIfAbsent(String key, String value) {return stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value);}// 删除键public Boolean delete(String key) {return stringRedisTemplate.delete(key);}// 判断键是否存在public Boolean hasKey(String key) {return stringRedisTemplate.hasKey(key);}// 设置过期时间public Boolean expire(String key, long timeout, TimeUnit unit) {return stringRedisTemplate.expire(key, timeout, unit);}// 获取剩余过期时间public Long getExpire(String key, TimeUnit unit) {return stringRedisTemplate.getExpire(key, unit);}
}

数字操作示例

@Component
public class RedisNumberService {@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;// 递增操作public Long increment(String key) {return stringRedisTemplate.opsForValue().increment(key);}// 递增指定值public Long incrementBy(String key, long delta) {return stringRedisTemplate.opsForValue().increment(key, delta);}// 递减操作public Long decrement(String key) {return stringRedisTemplate.opsForValue().decrement(key);}// 递减指定值public Long decrementBy(String key, long delta) {return stringRedisTemplate.opsForValue().decrement(key, delta);}// 浮点数递增public Double incrementByFloat(String key, double delta) {return stringRedisTemplate.opsForValue().increment(key, delta);}
}

批量操作示例

@Component
public class RedisBatchService {@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;// 批量设置public void multiSet(Map<String, String> keyValueMap) {stringRedisTemplate.opsForValue().multiSet(keyValueMap);}// 批量获取public List<String> multiGet(List<String> keys) {return stringRedisTemplate.opsForValue().multiGet(keys);}// 批量设置（仅当所有键都不存在时）public Boolean multiSetIfAbsent(Map<String, String> keyValueMap) {return stringRedisTemplate.opsForValue().multiSetIfAbsent(keyValueMap);}
}

位操作示例

@Component
public class RedisBitService {@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;// 设置位值public Boolean setBit(String key, long offset, boolean value) {return stringRedisTemplate.opsForValue().setBit(key, offset, value);}// 获取位值public Boolean getBit(String key, long offset) {return stringRedisTemplate.opsForValue().getBit(key, offset);}// 统计位值为1的数量public Long bitCount(String key) {return stringRedisTemplate.opsForValue().size(key) == null ? 0 : stringRedisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) connection -> connection.bitCount(key.getBytes()));}// 在指定范围内统计位值为1的数量public Long bitCount(String key, long start, long end) {return stringRedisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) connection -> connection.bitCount(key.getBytes(), start, end));}
}

高级操作示例

@Component
public class RedisAdvancedService {@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;// 获取并设置public String getAndSet(String key, String value) {return stringRedisTemplate.opsForValue().getAndSet(key, value);}// 获取字符串长度public Long size(String key) {return stringRedisTemplate.opsForValue().size(key);}// 追加字符串public Integer append(String key, String value) {return stringRedisTemplate.opsForValue().append(key, value);}// 获取子字符串public String getRange(String key, long start, long end) {return stringRedisTemplate.opsForValue().get(key, start, end);}// 设置子字符串public void setRange(String key, String value, long offset) {stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, value, offset);}
}

实际应用

@Service
public class UserSessionService {@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;private static final String SESSION_PREFIX = "session:";private static final long SESSION_TIMEOUT = 30 * 60; // 30分钟// 创建用户会话public void createUserSession(String sessionId, String userData) {String key = SESSION_PREFIX + sessionId;stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, userData, SESSION_TIMEOUT, TimeUnit.SECONDS);}// 获取用户会话public String getUserSession(String sessionId) {String key = SESSION_PREFIX + sessionId;return stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);}// 刷新会话过期时间public void refreshSession(String sessionId) {String key = SESSION_PREFIX + sessionId;stringRedisTemplate.expire(key, SESSION_TIMEOUT, TimeUnit.SECONDS);}// 删除用户会话public void deleteUserSession(String sessionId) {String key = SESSION_PREFIX + sessionId;stringRedisTemplate.delete(key);}
}@Service
public class ArticleService {@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;private static final String VIEW_COUNT_PREFIX = "article:view:";// 增加文章阅读量public Long incrementArticleView(Long articleId) {String key = VIEW_COUNT_PREFIX + articleId;return stringRedisTemplate.opsForValue().increment(key);}// 获取文章阅读量public Long getArticleViewCount(Long articleId) {String key = VIEW_COUNT_PREFIX + articleId;String count = stringRedisTemplate.opsForValue().get(key);return count == null ? 0L : Long.parseLong(count);}
}

底层源码

Redis对象创建源码

// redis/src/object.c#define OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT 44// 创建String对象
robj *createStringObject(const char *ptr, size_t len) {if (len <= OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT)return createEmbeddedStringObject(ptr,len);elsereturn createRawStringObject(ptr,len);
}// 创建INT编码的String对象
robj *createStringObjectFromLongLong(long long value) {robj *o;// 尝试使用共享的整数对象if (value >= 0 && value < OBJ_SHARED_INTEGERS) {o = shared.integers[value];} else {// 创建新的整数对象o = createObject(OBJ_STRING, NULL);o->encoding = OBJ_ENCODING_INT;o->ptr = (void*)((long)value);}return o;
}// 创建EMBSTR编码的String对象
robj *createEmbeddedStringObject(const char *ptr, size_t len) {robj *o = zmalloc(sizeof(robj)+sizeof(struct sdshdr8)+len+1);struct sdshdr8 *sh = (void*)(o+1);o->type = OBJ_STRING;o->encoding = OBJ_ENCODING_EMBSTR;o->ptr = sh+1;o->refcount = 1;// 设置SDS属性sh->len = len;sh->alloc = len;sh->flags = SDS_TYPE_8;if (ptr) {memcpy(sh->buf,ptr,len);sh->buf[len] = '\0';} else {memset(sh->buf,0,len+1);}return o;
}

编码转换源码

// redis/src/object.c// 检查编码并尝试转换
robj *tryObjectEncoding(robj *o) {long value;sds s = o->ptr;size_t len;// 确保是RAW或EMBSTR编码if (!sdsEncodedObject(o)) return o;// 尝试转换为INT编码len = sdslen(s);if (len <= 20 && string2l(s,len,&value)) {// 如果值在共享整数范围内，使用共享对象if ((value >= 0 && value < OBJ_SHARED_INTEGERS) && server.maxmemory == 0) {decrRefCount(o);return shared.integers[value];} else {// 转换为INT编码o->encoding = OBJ_ENCODING_INT;sdsfree(o->ptr);o->ptr = (void*)value;return o;}}// 如果字符串很小且是RAW编码，尝试转换为EMBSTRif (len <= OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT) {robj *emb;if (o->encoding == OBJ_ENCODING_EMBSTR) return o;emb = createEmbeddedStringObject(s,sdslen(s));decrRefCount(o);return emb;}// 尝试缩减SDS的未使用空间if (sdsavail(s) > len/10) {o->ptr = sdsRemoveFreeSpace(o->ptr);}return o;
}

SET命令处理源码

// redis/src/t_string.cvoid setCommand(client *c) {int j;robj *expire = NULL;int unit = UNIT_SECONDS;int flags = OBJ_SET_NO_FLAGS;// 解析命令参数for (j = 3; j < c->argc; j++) {char *a = c->argv[j]->ptr;robj *next = (j == c->argc-1) ? NULL : c->argv[j+1];if ((a[0] == 'n' || a[0] == 'N') &&(a[1] == 'x' || a[1] == 'X') && a[2] == '\0' &&!(flags & OBJ_SET_XX)) {flags |= OBJ_SET_NX;} else if ((a[0] == 'x' || a[0] == 'X') &&(a[1] == 'x' || a[1] == 'X') && a[2] == '\0' &&!(flags & OBJ_SET_NX)) {flags |= OBJ_SET_XX;} else if (!strcasecmp(c->argv[j]->ptr,"ex") && next) {unit = UNIT_SECONDS;expire = next;j++;} else if (!strcasecmp(c->argv[j]->ptr,"px") && next) {unit = UNIT_MILLISECONDS;expire = next;j++;} else {addReply(c,shared.syntaxerr);return;}}// 检查NX/XX条件c->argv[2] = tryObjectEncoding(c->argv[2]);if ((flags & OBJ_SET_NX && lookupKeyWrite(c->db,c->argv[1]) != NULL) ||(flags & OBJ_SET_XX && lookupKeyWrite(c->db,c->argv[1]) == NULL)) {addReply(c, shared.nullbulk);return;}// 设置键值对setKey(c->db,c->argv[1],c->argv[2]);server.dirty++;// 设置过期时间if (expire) {setExpire(c,c->db,c->argv[1],mstime()+strtoll(expire->ptr,NULL,10)*((unit == UNIT_SECONDS) ? 1000 : 1));}addReply(c, shared.ok);
}

GET命令处理源码

// redis/src/t_string.cvoid getCommand(client *c) {getGenericCommand(c);
}int getGenericCommand(client *c) {robj *o;// 查找键if ((o = lookupKeyReadOrReply(c,c->argv[1],shared.nullbulk)) == NULL)return C_OK;// 检查类型是否为Stringif (o->type != OBJ_STRING) {addReply(c,shared.wrongtypeerr);return C_ERR;} else {addReplyBulk(c,o);return C_OK;}
}

INCR命令处理源码

// redis/src/t_string.cvoid incrCommand(client *c) {incrDecrCommand(c,1);
}void incrDecrCommand(client *c, long long incr) {long long value, oldvalue;robj *o, *new;// 查找现有值o = lookupKeyWrite(c->db,c->argv[1]);if (o != NULL && checkType(c,o,OBJ_STRING)) return;if (getLongLongFromObjectOrReply(c,o,&value,NULL) != C_OK) return;// 检查溢出oldvalue = value;if ((incr < 0 && oldvalue < 0 && incr < (LLONG_MIN-oldvalue)) ||(incr > 0 && oldvalue > 0 && incr > (LLONG_MAX-oldvalue))) {addReplyError(c,"increment or decrement would overflow");return;}value += incr;// 如果原值是INT编码且新值也在共享整数范围内，使用共享对象if (o && o->refcount == 1 && o->encoding == OBJ_ENCODING_INT &&(value < 0 || value >= OBJ_SHARED_INTEGERS) &&value >= LONG_MIN && value <= LONG_MAX) {new = o;o->ptr = (void*)((long)value);} else {new = createStringObjectFromLongLong(value);if (o) {dbReplace(c->db,c->argv[1],new);} else {dbAdd(c->db,c->argv[1],new);}}signalModifiedKey(c->db,c->argv[1]);notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_STRING,"incrby",c->argv[1],c->db->id);server.dirty++;addReply(c,shared.colon);addReply(c,new);addReply(c,shared.crlf);
}
http://www.dtcms.com/a/466072.html

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