深度剖析 Redis 九种数据结构实现原理 _Redis

1. redis介绍Redis 是一个高性能的键值存储系统，支持多种数据结构。
包含五种基本类型 String（字符串）、Hash（哈希）、List（列表）、Set（集合）、Zset（有序集合），和三种特殊类型 Geo（地理位置）、HyperLogLog（基数统计）、Bitmaps（位图）。
每种数据结构都是为了解决特定问题而设计的，适用不同的场景。想要用好Redis，必须了解底层实现原理和使用技巧，同时结合具体的业务场景和需求进行选择和使用。无论是工作还是面试中，这些必备的知识。
下面就详细介绍一下每种数据类型的使用方式、实现原理和适用场景。
2. String（字符串）String（字符串）是Redis中最基本的数据结构之一，它可以存储任意类型的数据，包括数字、文本、序列化的对象等。Redis中的字符串最大可以存储512MB的数据。
使用方式字符串类型的操作是最基本的，包括设置值、获取值、修改值、追加值等。字符串类型支持的操作包括：

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应用场景

缓存：将计算结果、数据库查询结果或者配置数据存储在Redis中，可以提高应用的响应速度和吞吐量。
计数器：使用Redis的自增和自减操作，实现简单的计数器功能，如网站的访问次数统计
限流：使用Redis的incr和expire命令，实现固定窗口算法的流量控制，防止系统过载。
分布式锁：使用SETNX操作实现分布式锁，保证同一时刻只有一个线程访问临界资源。
会话管理：将用户会话信息存储在Redis中，可以实现分布式Session 。

内部编码Redis字符串的内部编码有三种：

int编码：当字符串长度小于等于12字节并且字符串可以表示为整数时，Redis会使用int编码。这样可以节省内存，并且在执行一些命令时可以直接进行数值计算。
embstr编码：当字符串长度小于等于39字节时，Redis会使用embstr编码。这种编码方式会将字符串和存储它的结构体一起分配在内存中，这样可以减少内存碎片和结构体的开销。
raw编码：当字符串长度大于39字节或者字符串不能表示为整数时，Redis会使用raw编码。这种编码方式直接将字符串存储在一个结构体中，没有进行任何优化。

3. Hash（哈希）使用方式哈希类型是一种键值对的集合，其中键值对的值可以是字符串、列表或者其他哈希类型。哈希类型支持的操作包括：

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应用场景

存储对象：将对象的属性和属性值存储在哈希类型中，可以很方便地进行查询和更新操作，比如常见的用户信息就适合使用哈希类型存储。

内部编码Redis哈希类型的内部编码有两种：

ziplist（压缩列表）：当Hash类型的元素比较少，且元素的大小比较小（小于64字节）时，Redis采用ziplist作为Hash类型的内部编码。ziplist是一种紧凑的、压缩的列表结构，可以节省内存空间。但是，ziplist只能进行线性查找，不支持快速的随机访问。
hashtable（字典）：当Hash类型的元素比较多，或者元素的大小比较大（大于64字节）时，Redis采用hashtable作为Hash类型的内部编码。hashtable是一种基于链表的哈希表结构，可以快速地进行随机访问。但是，hashtable需要占用更多的内存空间。

4. List（列表）使用方式Redis List类型是一个有序的字符串列表，支持在列表的头部或尾部添加元素，也支持在列表任意位置插入或删除元素。支持的操作包括：