介绍

Redis 是一个开源的高性能 key-value 数据库，支持多种数据结构，包括字符串、哈希表、列表、集合和有序集合。本文将详细介绍 Redis 6 中的各种数据结构，包括它们的使用方法、优缺点以及底层源码分析。

字符串

字符串是 Redis 中最基本的数据结构，它可以存储任意类型的数据，包括二进制数据。在 Redis 中，字符串的最大长度为 512MB。

使用方法

字符串的常用命令包括：

SET key value：设置键值对。GET key：获取键对应的值。INCR key：将键对应的值加 1。DECR key：将键对应的值减 1。APPEND key value：将值追加到键对应的值的末尾。MSET key1 value1 key2 value2 ...：同时设置多个键值对。MGET key1 key2 ...：同时获取多个键对应的值。

例如，以下命令将设置一个键值对，然后获取该键对应的值：

> SET mykey "hello"OK> GET mykey"hello"

字符串的底层实现是 redisObject 结构体，它包含了一个 sds 结构体指针，sds 是 Redis 自己实现的动态字符串，比 C 语言中的字符串更加高效。以下是 redisObject 结构体的定义：

typedef struct redisObject {    unsigned type:4;    unsigned encoding:4;    unsigned lru:LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */    int refcount;    void *ptr;} robj;

其中，ptr 指向的即为 sds 结构体。

字符串的编码方式有多种，包括 REDIS_ENCODING_RAW、REDIS_ENCODING_INT 和 REDIS_ENCODING_EMBSTR。其中，REDIS_ENCODING_RAW 表示字符串的值存储在 sds 结构体中，REDIS_ENCODING_INT 表示字符串的值为整数，而 REDIS_ENCODING_EMBSTR 表示字符串的值存储在 redisObject 结构体中，用于存储长度小于等于 44 字节的字符串。

字符串的底层源码比较简单，主要是 sds 结构体的实现，这里不再赘述。

哈希表

哈希表是 Redis 中用于存储键值对的数据结构，它类似于 C 语言中的结构体。在 Redis 中，哈希表的键和值都是字符串类型。

使用方法

哈希表的常用命令包括：

HSET key field value：设置哈希表中的一个字段。HGET key field：获取哈希表中的一个字段的值。HDEL key field1 field2 ...：删除哈希表中的一个或多个字段。HGETALL key：获取哈希表中所有字段和对应的值。HMSET key field1 value1 field2 value2 ...：同时设置多个字段和对应的值。HMGET key field1 field2 ...：同时获取多个字段的值。

例如，以下命令将设置一个哈希表，然后获取该哈希表中的一个字段的值：

> HSET myhash field1 "hello"1> HGET myhash field1"hello"

哈希表的底层实现是 dict 结构体，它包含了一个数组和一个链表。数组用于存储哈希表的槽位，链表用于解决哈希冲突。以下是 dict 结构体的定义：

typedef struct dict {    dictType *type;    void *privdata;    dictht ht[2];    long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */    unsigned long iterators; /* number of iterators currently running */} dict;

其中，ht[0] 和 ht[1] 分别表示哈希表的两个哈希表，用于在哈希表扩容时使用。rehashidx 表示当前哈希表是否正在进行扩容操作。iterators 表示当前正在遍历哈希表的迭代器数量。

哈希表的底层源码比较复杂，包括哈希函数、哈希冲突解决方法等，这里不再赘述。

列表

列表是 Redis 中用于存储有序元素集合的数据结构，它可以在列表的头部或尾部添加、删除元素。在 Redis 中，列表的元素可以是字符串、哈希表、列表、集合和有序集合。

使用方法

列表的常用命令包括：

LPUSH key value1 value2 ...：将一个或多个值插入到列表头部。RPUSH key value1 value2 ...：将一个或多个值插入到列表尾部。LPOP key：删除并返回列表的头部元素。RPOP key：删除并返回列表的尾部元素。LINDEX key index：获取列表中指定位置的元素。LLEN key：获取列表的长度。LRANGE key start stop：获取列表中指定范围内的元素。

例如，以下命令将创建一个列表，然后在列表头部插入一个值，最后获取列表的长度：

> LPUSH mylist "world"1> LLEN mylist1

列表的底层实现是 ziplist 和 linkedlist 两种方式。ziplist 是 Redis 自己实现的压缩列表，用于存储长度小于等于 64 字节的字符串。linkedlist 则是双向链表，用于存储长度大于 64 字节的字符串。

以下是 ziplist 结构体的定义：

typedef struct ziplist {    unsigned char *zl;    unsigned int len;    unsigned int bytes;    unsigned int tail;    unsigned int in_malloc:1;    unsigned int compressed:1;} ziplist;

其中，zl 指向压缩列表的起始地址，len 表示压缩列表中元素的数量，bytes 表示压缩列表占用的字节数，tail 表示压缩列表的尾部偏移量。in_malloc 表示压缩列表是否在内存中分配，compressed 表示压缩列表是否被压缩。

以下是 linkedlist 结构体的定义：

typedef struct listNode {    struct listNode *prev;    struct listNode *next;    void *value;} listNode;typedef struct list {    listNode *head;    listNode *tail;    void *(*dup)(void *ptr);    void (*free)(void *ptr);    int (*match)(void *ptr, void *key);    unsigned long len;} list;

其中，head 和 tail 分别指向链表的头部和尾部节点，dup、free 和 match 分别是用于复制、释放和比较节点值的函数指针。

列表的底层源码比较复杂，包括压缩列表的编码方式、链表的节点结构、节点的添加和删除等，这里不再赘述。

集合

集合是 Redis 中用于存储无序元素集合的数据结构，它可以进行交集、并集、差集等操作。在 Redis 中，集合的元素可以是字符串、哈希表、列表、集合和有序集合。

使用方法

集合的常用命令包括：

SADD key member1 member2 ...：向集合中添加一个或多个元素。SREM key member1 member2 ...：从集合中删除一个或多个元素。SMEMBERS key：获取集合中所有元素。SISMEMBER key member：判断元素是否在集合中。SUNION key1 key2 ...：获取多个集合的并集。SINTER key1 key2 ...：获取多个集合的交集。SDIFF key1 key2 ...：获取多个集合的差集。

例如，以下命令将创建一个集合，然后向集合中添加一个元素，最后获取集合中所有元素：

> SADD myset "hello"1> SMEMBERS myset1) "hello"

集合的底层实现是 dict 结构体，它实际上是一个哈希表，用于存储集合中的元素。以下是 dict 结构体的定义：

typedef struct dict {    dictType *type;    void *privdata;    dictht ht[2];    long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */    unsigned long iterators; /* number of iterators currently running */} dict;

其中，ht[0] 和 ht[1] 分别表示哈希表的两个哈希表，用于在哈希表扩容时使用。rehashidx 表示当前哈希表是否正在进行扩容操作。iterators 表示当前正在遍历哈希表的迭代器数量。

集合的底层源码比较简单，主要是哈希表的实现，这里不再赘述。

有序集合

有序集合是 Redis 中用于存储有序元素集合的数据结构，它与集合的区别在于有序集合中的元素可以关联一个分数，用于排序。在 Redis 中，有序集合的元素可以是字符串。

使用方法

有序集合的常用命令包括：

ZADD key score1 member1 score2 member2 ...：向有序集合中添加一个或多个元素。ZREM key member1 member2 ...：从有序集合中删除一个或多个元素。ZRANGE key start stop [WITHSCORES]：获取有序集合中指定范围内的元素。ZSCORE key member：获取有序集合中指定元素的分数。ZINCRBY key increment member：将有序集合中指定元素的分数增加指定值。

例如，以下命令将创建一个有序集合，然后向有序集合中添加一个元素，最后获取有序集合中指定范围内的元素：

> ZADD myzset 1 "hello"1> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES1) "hello"2) "1"

有序集合的底层实现是 ziplist 和 skiplist 两种方式。ziplist 是 Redis 自己实现的压缩列表，用于存储长度小于等于 64 字节的字符串。skiplist 则是跳跃表，用于存储长度大于 64 字节的字符串。

以下是 ziplist 结构体的定义：

typedef struct ziplist {    unsigned char *zl;    unsigned int len;    unsigned int bytes;    unsigned int tail;    unsigned int in_malloc:1;    unsigned int compressed:1;} ziplist;

其中，zl 指向压缩列表的起始地址，len 表示压缩列表中元素的数量，bytes 表示压缩列表占用的字节数，tail 表示压缩列表的尾部偏移量。in_malloc 表示压缩列表是否在内存中分配，compressed 表示压缩列表是否被压缩。

以下是 skiplist 结构体的定义：

typedef struct zskiplistNode {    sds ele;    double score;    struct zskiplistNode *backward;    struct zskiplistLevel {        struct zskiplistNode *forward;        unsigned int span;    } level[];} zskiplistNode;typedef struct zskiplist {    struct zskiplistNode *header, *tail;    unsigned long length;    int level;} zskiplist;

其中，header 和 tail 分别指向跳跃表的头部和尾部节点，length 表示跳跃表中元素的数量，level 表示跳跃表的层数。

有序集合的底层源码比较复杂，包括压缩列表和跳跃表的实现，这里不再赘述。

总结

本文详细介绍了 Redis 6 中的各种数据结构，包括字符串、哈希表、列表、集合和有序集合。同时，我们还分析了它们的使用方法、优缺点以及底层源码实现。

在实际应用中，我们需要根据具体场景选择合适的数据结构，以达到最佳性能。比如，对于需要排序