1. Redis 与Memcache区别

Memcache

• 数据都在内存中，一般不持久化

• 支持简单的key-value模式，支持类型单一

• 一般是作为缓存数据库辅助持久化的数据库

Redis

• 几乎覆盖了Memcached的绝大部分功能

• 数据都在内存中，支持持久化，主要用作备份恢复

• 除了支持简单的key-value模式，还支持多种数据结构的存储，比如 list、set、hash、zset等

• 一般是作为缓存数据库辅助持久化的数据库

MongoDB

• 高性能、开源、模式自由(schema free)的文档型数据库

• 数据都在内存中， 如果内存不足，把不常用的数据保存到硬盘

• 虽然是key-value模式，但是对value（尤其是json）提供了丰富的查询功能

• 支持二进制数据及大型对象

• 可以根据数据的特点替代RDBMS，成为独立的数据库，或者配合RDBMS，存储特定的数据

2. Redis数据类型

String(字符串)、List(链表)、Set(集合)、Zset(有序集合)、Hash（哈希类型）

2.1 Redis操作键(key)

keys * ：查看当前库所有key

exists key：判断某个key是否存在

type key： 查看你的key是什么类型

del key： 删除指定的key数据

unlink key：根据value选择非阻塞删除，仅将key从keyspace元数据中删除，真正的删除会在后续异步操作

expire key 10：为给定的key设置过期时间，10秒钟

ttl key：查看还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期

select：命令切换数据库

dbsize：查看当前数据库的key的数量

flushdb：清空当前库

flushall：通杀全部库

2.2 Redis字符串(String)

2.2.1 基本介绍

String是Redis最基本类型，一个key对应一个value，一个Redis中字符串value最多可以是512M

String类型是二进制安全的，意味着Redis的String可以包含任何数据，比如jpg图片或者序列化的对象

2.2.2 基本命令

set <key> <value>：添加键值对

NX：当数据库中key不存在时，可以将key-value添加数据库

XX：当数据库中key存在时，可以将key-value添加数据库，与NX参数互斥

EX：key的超时秒数

PX：key的超时毫秒数，与EX互斥

get <key>：查询对应键值

append <key> <value>：将给定的value追加到原值的末尾

strlen <key>：获得值的长度

setnx <key> <value>：只有在 key不存在时，设置 key的值

incr <key>：将 key中储存的数字值增1，只能对数字值操作，如果为空，新增值为1

decr <key>：将 key中储存的数字值减1，只能对数字值操作，如果为空，新增值为-1

incrby / decrby <key> <步长> ：将 key中储存的数字值增减，自定义步长

mset <key1> <value1> <key2> <value2> ..... ：同时设置一个或多个key-value对

mget <key1><key2><key3> .....：同时获取一个或多个 value

msetnx <key1> <value1> <key2> <value2> .....：同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key都不存在。具有原子性，有一个失败则都失败。

getrange <key> <起始位置> <结束位置>：获得值的范围，类似java中的substring，前包含后包含

setrange <key> <起始位置> <value>：用 <value>覆写<key>所储存的字符串值，从<起始位置>开始(索引从0开始)

setex <key> <过期时间> <value>：设置键值的同时，设置过期时间，单位秒

getset <key> <value>：以新换旧，设置了新值同时获得旧值

示例地址参考：https://www.cnblogs.com/xinhuaxuan/p/9250680.html

2.2.3 数据结构

String的数据结构为简单动态字符串(Simple Dynamic String，缩写SDS)。是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于Java的ArrayList，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配

如图中所示，内部为当前字符串实际分配的空间capacity，一般要高于实际字符串长度len。当字符串长度小于1M时，扩容都是加倍现有的空间，如果超过1M，扩容时一次只会多扩1M的空间。需要注意的是字符串最大长度为512M。

2.3 Redis列表(List)

2.3.1 基本介绍

单键多值

Redis列表（List）是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。

它的底层实际是个双向链表，对两端的操作性能很高，通过索引下标的操作中间的节点性能会较差。

2.3.2 基本命令

lpush/rpush <key> <value1> <value2> <value3> .... ： 从左边/右边插入一个或多个值

lpop/rpop <key>：从左边/右边吐出一个值，值在键在，值亡键亡

rpoplpush <key1> <key2>：从列表右边吐出一个值，插到列表左边

lrange <key> <start> <stop>：按照索引下标获得元素(从左到右)

lrange mylist 0 -1 ：0左边第一个，-1右边第一个，（0-1表示获取所有）

lindex <key> <index>：按照索引下标获得元素(从左到右)

llen <key>：获得列表长度

linsert <key> before <value> <newvalue>：在的后面插入插入值

lrem <key> <n> <value>：从左边删除n个value(从左到右)

lset <key> <index> <value>：将列表key下标为index的值替换成value

示例地址参考：https://www.cnblogs.com/xinhuaxuan/p/9252111.html

2.3.3 数据结构

List的数据结构为快速链表quickList

首先在列表元素较少的情况下会使用一块连续的内存存储，这个结构是ziplist，也即是压缩列表

它将所有的元素紧挨着一起存储，分配的是一块连续的内存

当数据量比较多的时候才会改成quicklist

因为普通的链表需要的附加指针空间太大，会比较浪费空间。比如这个列表里存的只是int类型的数据，结构上还需要两个额外的指针prev和next

Redis将链表和ziplist结合起来组成了quicklist。也就是将多个ziplist使用双向指针串起来使用。这样既满足了快速的插入删除性能，又不会出现太大的空间冗余。

2.4 Redis集合(Set)

2.4.1 简介

Redis集合（Set）对外提供的功能与list类似是一个列表的功能，特殊之处在于set是可以自动排重，当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提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口，这个也是list所不能提供的。

Redis的Set是string类型的无序集合。它底层其实是一个value为null的hash表，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)

特点：排重、无序

2.4.2 常用命令

sadd <key> <value1> <value2> .....：将一个或多个 member元素加入到集合 key中，已经存在的 member元素将被忽略

smembers <key>：取出该集合的所有值

sismember <key> <value>：判断集合<key>是否为含有该<value>值，有1，没有0

scard <key>：返回该集合的元素个数

srem <key> <value1> <value2> ....： 删除集合中的某个元素

spop <key>：随机从该集合中吐出一个值，会删除值

srandmember <key> <n>：随机从该集合中取出n个值，不会从集合中删除

smove <source> <destination> value：把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合，一次只能移动一个值

sinter <key1> <key2>：返回两个集合的交集元素

sunion <key1> <key2>：返回两个集合的并集元素

sdiff <key1> <key2>：返回两个集合的差集元素(key1中的，不包含key2中的)

示例地址参考：https://www.cnblogs.com/xinhuaxuan/p/9256738.html

2.4.3 数据结构

Set数据结构是dict字典，字典是用哈希表实现的

Java中HashSet的内部实现使用的是HashMap，只不过所有的value都指向同一个对象。Redis的set结构也是一样，它的内部也使用hash结构，所有的value都指向同一个内部值。

2.5 Redis哈希(Hash)

2.5.1 基本简介

Redis hash 是一个键值对集合

Redis hash是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象，类似Java里面的Map<String,Object>

用户ID为查找的key，存储的value用户对象包含姓名，年龄，生日等信息，如果用普通的key/value结构来存储，主要有以下2种存储方式：

每次修改用户的某个属性需要，先反序列化改好后再序列化回去，开销较大

用户ID数据冗余

通过key(用户ID) + field(属性标签) 就可以操作对应属性数据了，既不需要重复存储数据，也不会带来序列化和并发修改控制的问题

2.5.2 常用命令

hset <key> <field> <value>：给集合中的 键赋值

hget <key1> <field>：从集合取出 value

hmset <key1> <field1> <value1> <field2> <value2>...：批量设置hash的值

hexists <key1> <field>：查看哈希表 key中，给定域 field是否存在

hkeys <key>：列出该hash集合的所有field

hvals <key>：列出该hash集合的所有value

hgetall <key>：获取下所有的值

hdel <key> <field>：删除某一项

hincrby <key> <field> <increment>：为哈希表 key中的域 field 的值加上增量 1

hsetnx <key> <field> <value>：将哈希表 key中的域 field的值设置为 value，当且仅当域 field不存在

示例地址参考： https://www.cnblogs.com/xinhuaxuan/p/9256763.html

2.5.3 数据结构

Hash类型对应的数据结构是两种：ziplist（压缩列表），hashtable（哈希表）。当field-value长度较短且个数较少时，使用ziplist，否则使用hashtable

2.6 Redis有序集合Zset(sorted set)

2.6.1 基本介绍

Redis有序集合zset与普通集合set非常相似，是一个没有重复元素的字符串集合

不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分（score），这个评分（score）被用来按照从最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的，但是评分可以是重复了

因为元素是有序的, 所以也可以很快的根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素

访问有序集合的中间元素也是非常快的,因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表

2.6.2 常用命令

zadd <key> <score1> <value1> <score2> <value2>…：将一个或多个 member元素及其 score值加入到有序集 key当中

zrange <key> <start> <stop> [WITHSCORES]：返回有序集 key 中，下标在之间的元素，带WITHSCORES，可以让分数一起和值返回到结果集

zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count]：返回有序集 key中，所有 score值介于 min和 max之间(包括等于 min或 max)的成员。有序集成员按 score值递增(从小到大)次序排列

zrevrangebyscore key max min [withscores] [limit offset count] ：同上，改为从大到小排列

zincrby <key> <increment> <value> ：为元素的score加上增量

zrem <key> <value>：删除该集合下，指定值的元素

zcount <key> <min> <max>：统计该集合，分数区间内的元素个数

zrank <key> <value>：返回该值在集合中的排名，从0开始

示例地址参考：https://www.cnblogs.com/xinhuaxuan/p/9296525.html

2.6.3 数据结构

SortedSet(zset)是Redis提供的一个非常特别的数据结构，一方面它等价于Java的数据结构Map<String, Double>，可以给每一个元素value赋予一个权重score，另一方面它又类似于TreeSet，内部的元素会按照权重score进行排序，可以得到每个元素的名次，还可以通过score的范围来获取元素的列表。

zset底层使用了两个数据结构

• hash，hash的作用就是关联元素value和权重score，保障元素value的唯一性，可以通过元素value找到相应的score值
• 跳跃表，跳跃表的目的在于给元素value排序，根据score的范围获取元素列表

2.6.4 跳跃表（跳表）

• 简介

​ 有序集合在生活中比较常见，例如根据成绩对学生排名，根据得分对玩家排名等。对于有序集合的底层实现，可以用数组、平衡树、链表等。数组不便元素的插入、删除；平衡树或红黑树虽然效率高但结构复杂；链表查询需要遍历所有效率低。Redis采用的是跳跃表，跳跃表效率堪比红黑树，实现远比红黑树简单。

• 实例

​ 对比有序链表和跳跃表，从链表中查询出51

有序链表查询：

要查找值为51的元素，需要从第一个元素开始依次查找、比较才能找到，共需要6次比较。

跳跃表查询

从第2层开始，1节点比51节点小，向后比较。

21节点比51节点小，继续向后比较，后面就是NULL了，所以从21节点向下到第1层

在第1层，41节点比51节点小，继续向后，61节点比51节点大，所以从41向下

在第0层，51节点为要查找的节点，节点被找到，共查找4次

从此可以看出跳跃表比有序链表效率要高