Redis 数据结构和使用详解(带示例)

Redis 支持的主要数据结构及其对应操作命令的详细解释，结合具体使用场景和示例：

1. 字符串（String）

• 用途：存储文本、数值或二进制数据，适用于缓存、计数器等。

• 常用命令：

  • SET key value：设置键值对。
  • GET key：获取键对应的值。
  • INCR key：将键的值递增1（原子操作）。
  • EXPIRE key seconds：设置键的过期时间。

• 示例：

  SET user:1001:name "Alice"  # 存储用户名
  GET user:1001:name           # 返回 "Alice"
  INCR article:123:views       # 文章阅读量+1
  

• 场景 1：缓存用户 Token

  # 存储 Token，有效期 1 小时
  SET user:1001:token "abc123" EX 3600
  # 返回：OK
  
  # 获取 Token
  GET user:1001:token
  # 返回："abc123"
  
  # 检查剩余过期时间
  TTL user:1001:token
  # 返回：3590（剩余秒数）
  

• 场景 2：计数器（文章阅读量）

  # 初始化阅读量
  SET article:2001:views 0
  # 返回：OK
  
  # 阅读量 +1
  INCR article:2001:views
  # 返回：1（递增后的值）
  
  # 批量递增（+5）
  INCRBY article:2001:views 5
  # 返回：6
  

• 场景 3：分布式锁

  # 尝试获取锁（有效期 10 秒）
  SET order:lock "process123" NX PX 10000
  # 返回：OK（获取成功）或 nil（失败）
  
  # 释放锁（需值匹配）
  EVAL "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end" 1 order:lock process123
  # 返回：1（删除成功）或 0（失败）
  

2. 哈希（Hash）

• 用途：存储对象字段，适合保存用户信息、商品属性等结构化数据。

• 常用命令：

  • HSET key field value：设置哈希字段值。
  • HGET key field：获取哈希字段值。
  • HGETALL key：获取所有字段和值。

• 示例：

  HSET user:1001 age 30 email "alice@example.com"  # 存储用户信息
  HGET user:1001 age                               # 返回 "30"
  HGETALL user:1001                                # 返回所有字段和值
  

• 场景 1：存储用户信息

  # 添加用户字段
  HSET user:1001 name "Alice" age 30 email "alice@example.com"
  # 返回：3（添加的字段数）
  
  # 获取单个字段
  HGET user:1001 name
  # 返回："Alice"
  
  # 获取所有字段
  HGETALL user:1001
  # 返回：
  # 1) "name"
  # 2) "Alice"
  # 3) "age"
  # 4) "30"
  # 5) "email"
  # 6) "alice@example.com"
  

• 场景 2：商品库存管理

  # 设置商品库存
  HSET product:5001 stock 100 price 2999
  # 返回：2
  
  # 扣减库存（原子操作）
  HINCRBY product:5001 stock -1
  # 返回：99
  
  # 获取价格
  HGET product:5001 price
  # 返回："2999"
  

• 场景 3：配置中心

  # 存储服务配置
  HSET service:config timeout 5000 retry 3 enable_cache true
  # 返回：3
  
  # 修改配置
  HSET service:config timeout 10000
  # 返回：0（字段已存在，仅更新）
  
  # 删除配置字段
  HDEL service:config retry
  # 返回：1
  

3. 列表（List）

• 用途：实现消息队列、最新消息列表（如微博时间线）。

• 常用命令：

  • LPUSH key value：从列表左侧插入元素。
  • RPOP key：从列表右侧弹出元素。
  • LRANGE key start end：获取列表范围内的元素。

• 示例：

  LPUSH news:latest "Article 1"  # 插入最新新闻
  LPUSH news:latest "Article 2"
  LRANGE news:latest 0 4         # 获取前5条新闻
  

• 场景 1：消息队列

  # 生产者推送任务
  LPUSH task:queue "send_email:user1" "generate_report:user2"
  # 返回：2（队列长度）
  
  # 消费者获取任务
  RPOP task:queue
  # 返回："send_email:user1"
  
  # 查看队列剩余任务
  LRANGE task:queue 0 -1
  # 返回：1) "generate_report:user2"
  

• 场景 2：最新消息列表

  # 插入最新新闻
  LPUSH news:latest "Article 3" "Article 2" "Article 1"
  # 返回：3
  
  # 获取前 2 条新闻
  LRANGE news:latest 0 1
  # 返回：
  # 1) "Article 1"
  # 2) "Article 2"
  

• 场景 3：阻塞队列

  # 消费者阻塞等待任务（超时 10 秒）
  BRPOP task:queue 10
  # 返回（如果有任务）：
  # 1) "task:queue"
  # 2) "generate_report:user2"
  

4. 集合（Set）

• 用途：存储唯一元素，支持交集、并集操作（如共同好友、标签系统）。

• 常用命令：

  • SADD key member：添加元素到集合。
  • SMEMBERS key：获取集合所有元素。
  • SINTER key1 key2：计算多个集合的交集。

• 示例：

  SADD user:1001:follows 2001 2002  # 用户1001关注2001和2002
  SADD user:1002:follows 2001 2003
  SINTER user:1001:follows user:1002:follows  # 返回共同关注用户2001
  

• 场景 1：标签系统

  # 添加文章标签
  SADD article:3001:tags "tech" "redis" "database"
  # 返回：3
  
  # 查找共同标签
  SINTER article:3001:tags article:3002:tags
  # 返回（假设 article:3002 有 "tech" 和 "cloud"）：
  # 1) "tech"
  

• 场景 2：抽奖活动

  # 添加参与者
  SADD lottery:2023 "user100" "user200" "user300"
  # 返回：3
  
  # 随机抽取 1 名中奖者
  SRANDMEMBER lottery:2023
  # 返回："user200"（随机结果）
  
  # 移除并返回中奖者
  SPOP lottery:2023
  # 返回："user100"
  

• 场景 3：黑白名单

  # 添加黑名单用户
  SADD blacklist:ip "192.168.1.1" "192.168.1.2"
  # 返回：2
  
  # 检查 IP 是否在黑名单
  SISMEMBER blacklist:ip "192.168.1.1"
  # 返回：1（存在）
  

5. 有序集合（Sorted Set）

• 用途：排行榜、优先级队列（按分数排序）。

• 常用命令：

  • ZADD key score member：添加带分数的成员。
  • ZRANGE key start end [WITHSCORES]：按分数升序返回成员。
  • ZREVRANGE key start end：按分数降序返回成员。

• 示例：

  ZADD game:leaderboard 1500 "PlayerA"  # 添加玩家分数
  ZADD game:leaderboard 2000 "PlayerB"
  ZREVRANGE game:leaderboard 0 9 WITHSCORES  # 返回前10名玩家
  

• 场景 1：游戏排行榜

  # 添加玩家分数
  ZADD game:leaderboard 1500 "PlayerA" 2000 "PlayerB" 1800 "PlayerC"
  # 返回：3
  
  # 获取前 3 名（降序）
  ZREVRANGE game:leaderboard 0 2 WITHSCORES
  # 返回：
  # 1) "PlayerB"
  # 2) "2000"
  # 3) "PlayerC"
  # 4) "1800"
  # 5) "PlayerA"
  # 6) "1500"
  

• 场景 2：延时任务

  # 添加任务（时间戳为分数）
  ZADD tasks:delayed 1672531200 "task1" 1672617600 "task2"
  # 返回：2
  
  # 获取当前需处理的任务（分数 <= 当前时间戳）
  ZRANGEBYSCORE tasks:delayed -inf 1672531200
  # 返回：1) "task1"
  

• 场景 3：热搜榜单

  # 更新关键词热度
  ZINCRBY hot:keywords 1 "redis"
  # 返回："1"（当前分数）
  
  ZINCRBY hot:keywords 1 "java"
  # 返回："1"
  
  # 获取 Top 10 热搜词
  ZREVRANGE hot:keywords 0 9 WITHSCORES
  # 返回：
  # 1) "redis"
  # 2) "1"
  # 3) "java"
  # 4) "1"
  

6. 地理位置（GEO）

• 用途：存储和查询地理位置（附近的人、商家）。

• 常用命令：

  • GEOADD key longitude latitude member：添加地理坐标。
  • GEODIST key member1 member2 [unit]：计算两地距离。
  • GEORADIUS key longitude latitude radius unit：查找范围内的成员。

• 示例：

  GEOADD restaurants 116.404269 39.913818 "RestaurantA"  # 添加餐厅坐标
  GEORADIUS restaurants 116.405 39.914 2 km WITHDIST      # 查找2公里内的餐厅
  

• 场景 1：附近餐厅查询

  # 添加餐厅坐标
  GEOADD restaurants 116.404269 39.913818 "RestaurantA" 116.407531 39.915264 "RestaurantB"
  # 返回：2
  
  # 查找 1 公里内的餐厅
  GEORADIUS restaurants 116.405285 39.912987 1 km WITHDIST
  # 返回：
  # 1) 1) "RestaurantA"
  #    2) "0.8923"
  

• 场景 2：计算距离

  # 计算两餐厅距离
  GEODIST restaurants "RestaurantA" "RestaurantB" km
  # 返回："0.312"（公里）
  

• 场景 3：获取坐标

  # 获取餐厅坐标
  GEOPOS restaurants "RestaurantA"
  # 返回：
  # 1) 1) "116.404269"
  #    2) "39.913818"
  

7. 位图（Bitmap）

• 用途：位操作（如用户签到、活跃统计）。

• 常用命令：

  • SETBIT key offset value：设置位的值（0或1）。
  • GETBIT key offset：获取位的值。
  • BITCOUNT key：统计值为1的位数。

• 示例：

  SETBIT user:1001:sign:202310 5 1  # 用户1001在10月6日签到
  BITCOUNT user:1001:sign:202310    # 统计本月签到天数
  

• 场景 1：用户签到

  # 用户 1001 在 10 月 1 日签到（偏移量 0）
  SETBIT user:1001:sign:202310 0 1
  # 返回：0（之前位的值）
  
  # 检查 10 月 1 日是否签到
  GETBIT user:1001:sign:202310 0
  # 返回：1
  

• 场景 2：活跃用户统计

  # 统计 10 月累计签到天数
  BITCOUNT user:1001:sign:202310
  # 返回：3（假设签到 3 天）
  

• 场景 3：权限控制

  # 设置权限位（位 0: 读，位 1: 写）
  SETBIT user:1001:permissions 0 1
  SETBIT user:1001:permissions 1 0
  # 检查写权限
  GETBIT user:1001:permissions 1
  # 返回：0（无权限）
  

8. HyperLogLog

• 用途：近似去重计数（如统计UV）。

• 常用命令：

  • PFADD key element：添加元素。
  • PFCOUNT key：统计唯一元素数量。

• 示例：

  PFADD daily_uv:20231001 "user1" "user2"  # 记录当日访问用户
  PFCOUNT daily_uv:20231001                # 返回近似UV数
  

• 场景 1：UV 统计

  # 记录用户访问
  PFADD daily_uv:20231001 "user1" "user2" "user1"
  # 返回：1（新增唯一用户数）
  
  # 获取当日 UV
  PFCOUNT daily_uv:20231001
  # 返回：2
  

• 场景 2：合并多日 UV

  # 合并 10 月 1 日和 2 日的 UV
  PFMERGE weekly_uv:20231001-07 daily_uv:20231001 daily_uv:20231002
  # 返回：OK
  
  # 获取周 UV
  PFCOUNT weekly_uv:20231001-07
  # 返回：5（假设两日共有 5 个唯一用户）
  

9. 流（Stream）

• 用途：消息队列（支持消费者组、消息持久化）。

• 常用命令：

  • XADD key * field1 value1：添加消息。
  • XREAD COUNT num STREAMS key $：读取消息。
  • XGROUP CREATE key groupname $：创建消费者组。

• 示例：

  XADD order:stream * user "Alice" product "Phone"  # 发布订单消息
  XREAD COUNT 10 STREAMS order:stream 0             # 读取消息
  

• 场景 1：订单消息队列

  # 发布订单消息
  XADD orders:* user_id 1001 product_id 2001 status "created"
  # 返回："1672531200000-0"（消息 ID）
  
  # 读取最新消息
  XREAD COUNT 1 STREAMS orders:*
  # 返回：
  # 1) 1) "orders:*"
  #    2) 1) 1) "1672531200000-0"
  #          2) 1) "user_id"
  #             2) "1001"
  #             3) "product_id"
  #             4) "2001"
  #             5) "status"
  #             6) "created"
  

• 场景 2：消费者组

  # 创建消费者组
  XGROUP CREATE orders:stream order_group $
  # 返回：OK
  
  # 消费者读取消息
  XREADGROUP GROUP order_group consumer1 COUNT 1 STREAMS orders:stream >
  # 返回：同上消息内容
  

10. 发布/订阅（Pub/Sub）

• 用途：消息广播（如实时通知、聊天室）。

• 常用命令：

  • PUBLISH channel message：发布消息到频道。
  • SUBSCRIBE channel：订阅频道。

• 示例：

  SUBSCRIBE news_updates     # 订阅新闻频道
  PUBLISH news_updates "Redis 7.0 released!"  # 发布新闻
  

• 场景 1：实时通知

  # 订阅新闻频道
  SUBSCRIBE news
  # 返回：
  # 1) "subscribe"
  # 2) "news"
  # 3) (integer) 1
  
  # 发布新闻
  PUBLISH news "Redis 7.0 released!"
  # 订阅者接收：
  # 1) "message"
  # 2) "news"
  # 3) "Redis 7.0 released!"
  

• 场景 2：多频道订阅

  # 订阅多个频道
  PSUBSCRIBE news.*
  # 发布到 news.tech
  PUBLISH news.tech "New Redis features"
  # 订阅者接收：
  # 1) "pmessage"
  # 2) "news.*"
  # 3) "news.tech"
  # 4) "New Redis features"
  

总结

通过以上示例，可以得出如下总结：

通过合理选择数据结构和命令，可以高效解决缓存、实时统计、消息通信等多样化需求。