Redis数据结构及对应使用场景,看一次就整明白得了

转载 程序员内点事 2020/3/25 17:01:34

整理了一些Java方面的架构、面试资料(微服务、集群、分布式、中间件等),有需要的小伙伴可以关注公众号【程序员内点事】,无套路自行领取

精彩回顾:


引言

也当过面试官,面试过不少应聘者,因为是我自己招人自己用,所以我不会看应聘者造火箭的技术有多牛比,只看拧螺丝的手艺瓷不瓷实。毕竟以后是一个整体,拖了大家后腿团队都很难受。面试的题目一般也不会太难,就像问Redis,我只是想确认他真正用过就够了。Redis 5种基础数据结构和简单操作要知道,最基本的要求,如果这个时候他会说出每种数据结构大致的应用场景,那么这一定是加分的,起码要比那些只会说出几种数据结构后,在那干瞪眼等我问下一个问题的强很多,千万别冷场。

有想交流技术或面试经验的可以加我VX:xinzhifu521,一定知无不言,好了就聊这么多进入正题!


Redis基础数据结构有哪些?

一、String(字符串)

在任何一种编程语言里,字符串String都是最基础的数据结构, 那你有想过Redis中存储一个字符串都进行了哪些操作嘛?

RedisString是可以修改的,称为动态字符串(Simple Dynamic String 简称 SDS)(快拿小本本记名词,要考的),说是字符串但它的内部结构更像是一个 ArrayList,内部维护着一个字节数组,并且在其内部预分配了一定的空间,以减少内存的频繁分配。

Redis的内存分配机制是这样:

  • 当字符串的长度小于 1MB时,每次扩容都是加倍现有的空间。

  • 如果字符串长度超过 1MB时,每次扩容时只会扩展 1MB 的空间。

这样既保证了内存空间够用,还不至于造成内存的浪费,字符串最大长度为 512MB.

在这里插入图片描述

以上图片源自网络,如有侵权联系删除

上图就是字符串的基本结构,其中 content 里面保存的是字符串内容,0x\0作为结束字符不会被计算len中。

分析一下字符串的数据结构

struct SDS{
  T capacity;       //数组容量
  T len;            //实际长度
  byte flages;  //标志位,低三位表示类型
  byte[] content;   //数组内容
}

复制代码

capacitylen两个属性都是泛型,为什么不直接用int类型?因为Redis内部有很多优化方案,为更合理的使用内存,不同长度的字符串采用不同的数据类型表示,且在创建字符串的时候 len 会和 capacity 一样大,不产生冗余的空间,所以String值可以是字符串、数字(整数、浮点数) 或者 二进制。

1、应用场景:

存储key-value键值对,这个比较简单不细说了

2、字符串(String)常用的命令:

set   [key]  [value]   给指定key设置值(set 可覆盖老的值)

get  [key]   获取指定key 的值

del  [key]   删除指定key

exists  [key]  判断是否存在指定key

mset  [key1]  [value1]  [key2]  [value2] ...... 批量存键值对

mget  [key1]  [key2] ......   批量取key

expire [key]  [time]    给指定key 设置过期时间  单位秒

setex    [key]  [time]  [value]  等价于 set + expire 命令组合

setnx  [key]  [value]   如果key不存在则set 创建,否则返回0

incr   [key]           如果value为整数 可用 incr命令每次自增1

incrby  [key] [number]  使用incrby命令对整数值 进行增加 number
复制代码

二、list(列表)

Redis中的listJava中的LinkedList很像,底层都是一种链表结构, list的插入和删除操作非常快,时间复杂度为 0(1),不像数组结构插入、删除操作需要移动数据。

像归像,但是redis中的list底层可不是一个双向链表那么简单。

当数据量较少的时候它的底层存储结构为一块连续内存,称之为ziplist(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;当数据量较多的时候将会变成quicklist(快速链表)结构。

可单纯的链表也是有缺陷的,链表的前后指针 prevnext 会占用较多的内存,会比较浪费空间,而且会加重内存的碎片化。在redis 3.2之后就都改用ziplist+链表的混合结构,称之为 quicklist(快速链表)

下面具体介绍下两种链表

ziplist(压缩列表)

先看一下ziplist的数据结构,

struct ziplist<T>{
    int32 zlbytes;            //压缩列表占用字节数
    int32 zltail_offset;    //最后一个元素距离起始位置的偏移量,用于快速定位到最后一个节点
    int16 zllength;            //元素个数
    T[] entries;            //元素内容
    int8 zlend;                //结束位 0xFF
}
复制代码

int32 zlbytes: 压缩列表占用字节数 int32 zltail_offset: 最后一个元素距离起始位置的偏移量,用于快速定位到最后一个节点 int16 zllength:元素个数 T[] entries:元素内容 int8 zlend:结束位 0xFF

压缩列表为了支持双向遍历,所以才会有 ztail_offset 这个字段,用来快速定位到最后一 个元素,然后倒着遍历

在这里插入图片描述

以上图片源自网络,如有侵权联系删除

entry的数据结构:

struct entry{
    int<var> prevlen;            //前一个 entry 的长度
    int<var> encoding;            //元素类型编码
    optional byte[] content;    //元素内容
}
复制代码

entry它的 prevlen 字段表示前一个 entry 的字节长度,当压缩列表倒着遍历时,需要通过这 个字段来快速定位到下一个元素的位置。

1、应用场景:

由于list它是一个按照插入顺序排序的列表,所以应用场景相对还较多的,例如:

  • 消息队列:lpoprpush(或者反过来,lpushrpop)能实现队列的功能

  • 朋友圈的点赞列表、评论列表、排行榜:lpush命令和lrange命令能实现最新列表的功能,每次通过lpush命令往列表里插入新的元素,然后通过lrange命令读取最新的元素列表。

2、list操作的常用命名:

rpush  [key] [value1] [value2] ......    链表右侧插入

rpop    [key]  移除右侧列表头元素,并返回该元素

lpop   [key]    移除左侧列表头元素,并返回该元素

llen  [key]     返回该列表的元素个数

lrem [key] [count] [value]  删除列表中与value相等的元素,count是删除的个数。 count>0 表示从左侧开始查找,删除count个元素,count<0 表示从右侧开始查找,删除count个相同元素,count=0 表示删除全部相同的元素

(PS:   index 代表元素下标,index 可以为负数, index= 表示倒数第一个元素,同理 index=-2 表示倒数第二 个元素。)

lindex [key] [index]  获取list指定下标的元素 (需要遍历,时间复杂度为O(n))

lrange [key]  [start_index] [end_index]   获取list 区间内的所有元素 (时间复杂度为 O(n))

ltrim  [key]  [start_index] [end_index]   保留区间内的元素,其他元素删除(时间复杂度为 O(n))
复制代码

三、hash (字典)

Redis 中的 Hash和 Java的 HashMap 更加相似,都是数组+链表的结构,当发生 hash 碰撞时将会把元素追加到链表上,值得注意的是在 RedisHashvalue 只能是字符串.

hset books java "Effective java" (integer) 1
hset books golang "concurrency in go" (integer) 1
hget books java "Effective java"
hset user age 17 (integer) 1
hincrby user age 1	#单个 key 可以进行计数 和 incr 命令基本一致 (integer) 18
复制代码

HashString都可以用来存储用户信息 ,但不同的是Hash可以对用户信息的每个字段单独存储;String存的是用户全部信息经过序列化后的字符串,如果想要修改某个用户字段必须将用户信息字符串全部查询出来,解析成相应的用户信息对象,修改完后在序列化成字符串存入。而 hash可以只对某个字段修改,从而节约网络流量,不过hash内存占用要大于 String,这是 hash 的缺点。

1、应用场景:

  • 购物车:hset [key] [field] [value] 命令, 可以实现以用户Id商品Idfield,商品数量为value,恰好构成了购物车的3个要素。
  • 存储对象:hash类型的(key, field, value)的结构与对象的(对象id, 属性, 值)的结构相似,也可以用来存储对象。

2、hash常用的操作命令:

hset  [key]  [field] [value]    新建字段信息

hget  [key]  [field]    获取字段信息

hdel [key] [field]  删除字段

hlen  [key]   保存的字段个数

hgetall  [key]  获取指定key 字典里的所有字段和值 (字段信息过多,会导致慢查询 慎用:亲身经历 曾经用过这个这个指令导致线上服务故障)

hmset  [key]  [field1] [value1] [field2] [value2] ......   批量创建

hincr  [key] [field]   对字段值自增

hincrby [key] [field] [number] 对字段值增加number
复制代码

四、set(集合)

Redis 中的 setJava中的HashSet 有些类似,它内部的键值对是无序的、唯一 的。它的内部实现相当于一个特殊的字典,字典中所有的value都是一个值 NULL。当集合中最后一个元素被移除之后,数据结构被自动删除,内存被回收。

1、应用场景:

  • 好友、关注、粉丝、感兴趣的人集合:
    1. sinter命令可以获得A和B两个用户的共同好友;
    2. sismember命令可以判断A是否是B的好友;
    3. scard命令可以获取好友数量;
    4. 关注时,smove命令可以将B从A的粉丝集合转移到A的好友集合
  • 首页展示随机:美团首页有很多推荐商家,但是并不能全部展示,set类型适合存放所有需要展示的内容,而srandmember命令则可以从中随机获取几个。
  • 存储某活动中中奖的用户ID ,因为有去重功能,可以保证同一个用户不会中奖两次。

2、set的常用命令:

sadd  [key]  [value]  向指定key的set中添加元素

smembers [key]    获取指定key 集合中的所有元素

sismember [key] [value]   判断集合中是否存在某个value

scard [key]    获取集合的长度

spop  [key]   弹出一个元素

srem [key] [value]  删除指定元素
复制代码

五、zset(有序集合)

zset也叫SortedSet一方面它是个 set ,保证了内部 value 的唯一性,另方面它可以给每个 value 赋予一个score,代表这个value的排序权重。它的内部实现用的是一种叫作“跳跃列表”的数据结构。

1、应用场景:

zset 可以用做排行榜,但是和list不同的是zset它能够实现动态的排序,例如: 可以用来存储粉丝列表,value 值是粉丝的用户 ID,score 是关注时间,我们可以对粉丝列表按关注时间进行排序。

zset 还可以用来存储学生的成绩, value 值是学生的 ID, score 是他的考试成绩。 我们对成绩按分数进行排序就可以得到他的名次。

2、zset有序集合的常用操作命令:

zadd [key] [score] [value] 向指定key的集合中增加元素

zrange [key] [start_index] [end_index] 获取下标范围内的元素列表,按score 排序输出

zrevrange [key] [start_index] [end_index]  获取范围内的元素列表 ,按score排序 逆序输出

zcard [key]  获取集合列表的元素个数

zrank [key] [value]  获取元素再集合中的排名

zrangebyscore [key] [score1] [score2]  输出score范围内的元素列表

zrem [key] [value]  删除元素

zscore [key] [value] 获取元素的score

复制代码

总结

本文很多概念都一带而过了,只是给大家粗略的讲述一下Redis五种基础数据结构和应用场景,旨在给小伙伴们一个面试备题的方向,后续会持续输出Redis方面的文章,欢迎关注,咱们一起学习拿offer。


今天就说这么多,如果本文对您有一点帮助,希望能得到您一个点赞👍哦

您的认可才是我写作的动力!


小福利:

通过合法手段,获取到一些极客付费课程 ,嘘~,免费 送给小伙伴们。公众号回复【极客】自行领取

整理了一些Java方面的架构、面试资料,有需要的小伙伴可以关注公众号【程序员内点事

随时随地学软件编程-关注百度小程序和微信小程序
关于找一找教程网

本站文章仅代表作者观点,不代表本站立场,所有文章非营利性免费分享。
本站提供了软件编程、网站开发技术、服务器运维、人工智能等等IT技术文章,希望广大程序员努力学习,让我们用科技改变世界。
[Redis数据结构及对应使用场景,看一次就整明白得了]http://www.zyiz.net/tech/detail-121451.html

上一篇:使用Redis+AOP优化权限管理功能,这波操作贼爽!

下一篇:妈妈再也不担心我面试被Redis问得脸都绿了

赞(0)

共有 条评论 网友评论

验证码: 看不清楚?
    扫一扫关注最新编程教程