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一、簡單動(dòng)態(tài)字符串SDS
無論是Redis中的key還是value，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型都是字符串。如，Hash型value的field與value的類型，List型，Set型，ZSet型value的元素的類型等都是字符串。redis沒有使用傳統(tǒng)C中的字符串而是自定義了一種字符串結(jié)構(gòu)類型，這種字符串本身的結(jié)構(gòu)比較簡單，但是功能強(qiáng)大，稱為簡單動(dòng)態(tài)字符串 Simple Dynamic String ,簡稱為SDS。
SDS結(jié)構(gòu)
SDS不同于C中的字符串，C中的字符串是以一個(gè)雙引號括起來，以空字符'\0'結(jié)尾的字符序列。而SDS是重新定義的一個(gè)結(jié)構(gòu)體，在redis的安裝目錄src/sds.h
這個(gè)結(jié)構(gòu)體有三個(gè)部分組成：
struct sdshdr{// 字節(jié)數(shù)組，用來保存字符串char buf[];// SDS的長度，在buf[]中使用的字節(jié)數(shù)量int len;// buf[]中沒有使用的字節(jié)數(shù)量int free;
}注意：雖然redis當(dāng)中定義了結(jié)構(gòu)體sds，但是并不是所有的字符串都使用這種方式存儲(chǔ)，比如我們執(zhí)行一個(gè)set命令，返回了一個(gè)OK，這個(gè)OK就是C語言中的字符串。get命令獲取的值返回的也是C語言的字符串。C 字符串只會(huì)出現(xiàn)在字符串“字面常量”中，并且該字符串不可能發(fā)生變更！！
?我們看下面的命令我們來了解一下類型與實(shí)際內(nèi)存中的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的區(qū)別：
set name zhangsan # 寫入key為name的值為zhangsan,這里寫入的是zhangsan應(yīng)該是SDS結(jié)構(gòu)類型的
type name # 這里返回的會(huì)是string 表示是字符串
object encoding name # 這里會(huì)返回embstr，它就表示是SDS，是內(nèi)存中的存儲(chǔ)類型set age 23 # 寫入key為age的值為23
type age # 這里返回的是string,表示是字符串
object encoding age # 這里返回的是int,表示在內(nèi)存中是以整型存儲(chǔ)的SDS優(yōu)勢
C字符串底層是一個(gè)數(shù)組，字符串最后以’\0‘來結(jié)束。
優(yōu)勢一：防止字符串長度獲取性能瓶頸
C字符串的長度獲取必須要通過遍歷整個(gè)字符串（直到\0結(jié)束）才可以獲得，這樣的話對于超長的字符串遍歷，還是會(huì)產(chǎn)生性能瓶頸的。
SDS結(jié)構(gòu)體中我們可以看到直接存放著字符串長度的數(shù)據(jù)，所以不管字符串有多長，獲取字符串的長度所要消耗的系統(tǒng)性能都是一樣的，不會(huì)成為redis的性能瓶頸。
優(yōu)勢二：保障二進(jìn)制安全
C字符串對于字符串中的字符是有要求的，遇到\0就表示字符串結(jié)束了，但是我們在redis中會(huì)用字符串存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)（圖片，視頻，壓縮文件...）,在這些文件中使用\0在中間作為分隔符的情況是很常見的。所以redis中的SDS不以\0作為字符串結(jié)束標(biāo)志，而是通過len屬性來判斷字符串是否結(jié)束，所以對于程序處理SDS中的字符串?dāng)?shù)據(jù)，不需要對數(shù)據(jù)做任何的限制、過濾等處理，直接讀取即可。寫入的是什么讀出來的就是什么。
優(yōu)勢三：減少內(nèi)存再分配
SDS中采用了空間預(yù)分配策略與惰性空間釋放策略來避免內(nèi)存再分配的問題。
這兩個(gè)策略就是以空間換時(shí)間的做法！
如果我們要釋放SDS的未使用空間，可以通過sdsRemoveFreeSpace(）函數(shù)來釋放。
優(yōu)勢四：兼容C函數(shù)
redis中提供了很多的SDS的api，方便用戶對redis進(jìn)行二次開發(fā)，為了兼容C函數(shù)，SDS的底層數(shù)組buf[]中的字符串仍以空字符'\0'結(jié)尾。
SDS常用操作函數(shù)
- 空間預(yù)分配策略，每次SDS進(jìn)行空間擴(kuò)展的時(shí)候，程序不但為其分配所需的空間，還會(huì)為其分配額外的未使用空間，從而減少內(nèi)存再分配次數(shù)，客戶分配的未使用空間大小取決于空間擴(kuò)展后SDS的len屬性值。
- 如果len屬性值小于1M，那么會(huì)分配未使用空間保持與len屬性相當(dāng)
- 如果len屬性值大于等于1M，那么會(huì)固定分配未使用空間1M
-
惰性空間釋放策略，如果SDS字符串長度如果縮短，那么多出的未使用空間會(huì)暫時(shí)不釋放，而是增加到free當(dāng)中去，從而保證后期擴(kuò)展SDS時(shí)減少再分配的次數(shù)
| 函數(shù) | 功能 |
|---|---|
| sdsnew() | 使用指定的C字符串創(chuàng)建一個(gè)SDS |
| sdsempty() | 創(chuàng)建一個(gè)不包含任何字符串?dāng)?shù)據(jù)的SDS |
| sdsdup() | 創(chuàng)建一個(gè)指定SDS的副本 |
| sdsfree() | 釋放是定的SDS |
| sdsclear() | 清空指定SDS的字符串內(nèi)容 |
| sdslen() | 獲取指定SDS的已使用空間len值 |
| sdsavail() | 獲取指定SDS的未使用空間free值 |
| sdsMakeRoomFor() | 使指定的SDS的free空間增加指定的大小 |
| sdsRemoveFreeSpace() | 釋放指定SDS的free空間 |
| sdscat() | 把指定的C字符串拼接到指定SDS的字符串末尾 |
| sdscatsds() | 把指定的SDS字符串拼接到另一個(gè)指定的SDS字符串末尾 |
| sdscpy() | 把指定C字符串復(fù)制到指定的SDS中，覆蓋原SDS字符串內(nèi)容 |
| sdsgrouzero() | 擴(kuò)展SDS字符串到指定長度，這個(gè)擴(kuò)展使用空字符'\0'填充 |
| sdsrange() | 截取指定SDS中指定范圍內(nèi)的字符串 |
| sdstrim() | 在指定SDS中刪除報(bào)有指定C字符串中出現(xiàn)的所有字符 |
| sdsemp() | 對比給定的兩個(gè)SDS字符串是否相同 |
| sdstolow() | 把指定SDS字符串中的所有字母變?yōu)樾?/td> |
| sdstoupper() | 把指定SDS字符串中所有字母變?yōu)榇髮?/td> |
?這些函數(shù)在需要對redis二次開發(fā)時(shí)可能會(huì)用到，正常使用redis時(shí)用不到！
集合底層實(shí)現(xiàn)原理
Set集合
對于set，我們看它底層的實(shí)現(xiàn)可以如下：
sadd cities bj sh gz sz # 添加一個(gè)set集合
type cities # 返回的類型是set
object encoding cities # 返回的是hashtable從上面可以看到set底層是使用hashtable存儲(chǔ)的！
Hash與ZSet
這兩種它們的底層實(shí)際上有兩種：壓縮列表zipList；跳躍列表skipList
至于Redis什么時(shí)候用zipList，什么時(shí)候用skipList對于我們用戶來說是透明的，用戶寫入不同的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷使用不同的實(shí)現(xiàn)。
只要我們的數(shù)據(jù)量不超過我們設(shè)定的閾值則會(huì)使用zipList，一旦超過這個(gè)閾值則什么變?yōu)閟kipList。
關(guān)于這個(gè)閾值的查看，可以使用命令進(jìn)行查看：
config get zset-*-ziplist-*
# 運(yùn)行后得到的結(jié)果類似如下：
1) "zset-max-ziplist-entries"
2) "128"
3) "zset-max-ziplist-value"
4) "64"上面的信息表示，zset中包含的元素不超過128，并且每一個(gè)元素的大小不超過64字節(jié)就會(huì)使用ziplist。這兩個(gè)任意一個(gè)不滿足就會(huì)變?yōu)閟kipList。
同樣hash的查詢方式也類似，其查詢命令如下：
config get hash-*-ziplist-*
# 運(yùn)行這個(gè)命令后的結(jié)果如下：
1) "hash-max-ziplist-value"
2) "64"
3) "hash-max-ziplist-entries"
4) "512"關(guān)于zipList的底層結(jié)構(gòu)
首先，什么是zipList？
通常稱為壓縮列表，是一個(gè)經(jīng)過特殊編碼（體現(xiàn)了zip壓縮的）的用于存儲(chǔ)字符串或整數(shù)的雙向鏈表。其底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成：head（基礎(chǔ)信息）、entries（元素）、end（結(jié)束標(biāo)記），這三部分在內(nèi)存上是連續(xù)存放的。
zipList的三部分在底層如何存儲(chǔ)？
| 說明 | |
|---|---|
| head | 它包含總括性信息，由三部分組成： zlbytes：4個(gè)字節(jié)，用來存放zipList列表整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所占的字節(jié)數(shù)，包括zlbytes本身的長度 zltail：4個(gè)字節(jié)，用于存放zipList中最后一個(gè)entry在整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的偏移量（字節(jié)）這個(gè)數(shù)據(jù)可以快速定位列表的尾entry位置，便于操作。 zllen：兩個(gè)字節(jié)，用于存放列表包含的entry的個(gè)數(shù)，兩個(gè)字節(jié)是16位，所以zipList最多可以包含有 |
| entries | entries是真正的列表，由很多的列表元素entry構(gòu)成，由于不同的元素類型、數(shù)值是不同的，從而導(dǎo)致每個(gè)entry的長度不同。每個(gè)entry由三部分構(gòu)成： prevlength：用來記錄上一個(gè)entry的長度，用以實(shí)現(xiàn)逆序遍歷，默認(rèn)長度是1字節(jié)，只要上一個(gè)entry的長度<254字節(jié)，prevlength就會(huì)占1字節(jié)，否則會(huì)擴(kuò)展為3字節(jié)長度。 注意：這里分節(jié)點(diǎn)為什么是小于254？不是255？因?yàn)閦ipList中有一個(gè)部分是1字節(jié)的全為1表示結(jié)束，所以不能用255，而254也是一個(gè)保留的值用來做為prevlength的自動(dòng)擴(kuò)展標(biāo)志的 encoding：用來標(biāo)記后面的data具體類型。如果data為整數(shù)類型，encoding固定長度是1字節(jié)，如果data為字符串類型，則encoding長度可能會(huì)是1字節(jié)、2字節(jié)或5字節(jié)。data字符串不同的長度，對應(yīng)著不同的encoding長度 data：真正存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)類型只能是整數(shù)類型或字符串類型，不同的數(shù)據(jù)占用的字節(jié)長度不同 |
| end | end只包含一部分，稱為zlend。其占一個(gè)字節(jié)，值固定為255，也就是二進(jìn)制全為1，表示一個(gè)zipList列表的結(jié)束。 |
zipList的結(jié)構(gòu)圖大致如下：
?關(guān)于listPack底層結(jié)構(gòu)
zipList是在Redis7之前版本中使用的，到了7版本不再使用zipList，而是使用listPack進(jìn)行了替換。
為什么要把zipList替換為listPack?
在zipList中每一個(gè)entry中的prevlength當(dāng)中會(huì)記錄前一個(gè)entry的長度，如果在中間某個(gè)元素前插入了一個(gè)元素或修改了元素，那這個(gè)元素entry中的prevlength還要跟著去調(diào)整（級聯(lián)更新）。在高并發(fā)的寫操作場景下會(huì)極度地降低Redis的性能，所以為了實(shí)現(xiàn)更緊湊、更快的解析，更簡單的寫操作所以重寫了zipList，并把它命名為listPack。
那listPack有是什么呢？
它也是一種經(jīng)過特殊編碼的用于存儲(chǔ)字符串或整數(shù)的雙向鏈表。其底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也是由三部分構(gòu)成的：head、entries、end并且這三部分在內(nèi)存上也是連續(xù)進(jìn)行存放的。
listPack與zipList的最大區(qū)別在于head和每個(gè)entry的結(jié)構(gòu)上，表示列表結(jié)束的end兩者是相同的占一個(gè)字節(jié)且全為1。
| 說明 | |
|---|---|
| head | 由兩部分組成： totalBytes：占4個(gè)字節(jié)，用來存放listPack列表整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所占的字節(jié)數(shù)，也包含totalBytes本身的長度 elemNum：占2個(gè)字節(jié)，用于存放列表包含的entry個(gè)數(shù)其意義與zipList中的zllen是相同的 注意：在listPack中沒有記錄最后一個(gè)entry偏移量的zltail |
| entries | entries也是listPack中真正的列表，由很多的列表元素entry構(gòu)成。由于不同的元素類型、數(shù)值的不同，從而導(dǎo)致每個(gè)entry的長度不同。但是與zipList的entry結(jié)構(gòu)相比，listPack的entry結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化。其中變化最大的就是沒有了記錄前一個(gè)entry長度的prevlength，而增加了記錄當(dāng)前entry長度的element-total-len。而這一變化仍然可以實(shí)現(xiàn)逆序遍歷(由新的算法來支撐)，但去避免了由于在列表中間修改或插入entry引發(fā)的級聯(lián)更新。 每個(gè)entry由三個(gè)部分組成： encoding：標(biāo)記后面data的具體類型，如果是整數(shù)類型，其長度可能是1，2，3，4，5，9字節(jié)。不同的字節(jié)長度，標(biāo)識位不同。如果是字符串則長度可能是1，2，5字節(jié)。data字符串不同的長度，對應(yīng)著不同的encoding長度 data：真正存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)類型只能是整數(shù)類型或字符串類型，不同的數(shù)據(jù)占用的字節(jié)長度不同 element-total-len：記錄當(dāng)前entry的長度，用來支持逆序遍歷，由于其特殊的記錄方式，其本身占用的字節(jié)數(shù)據(jù)中能會(huì)是1，2，3，4，5字節(jié) |
| end | end只包含一部分其占一個(gè)字節(jié)，值固定為255，也就是二進(jìn)制全為1，表示一個(gè)zipList列表的結(jié)束。 |
listPack的底層結(jié)構(gòu)圖大致如下：
?注意：encoding是比較復(fù)雜的，有些數(shù)據(jù)中可能在encoding中就包含了數(shù)據(jù)本身了沒有data這部分了
關(guān)于skipList底層結(jié)構(gòu)
什么是skipList呢？
skipList指的是跳躍列表，簡稱跳表，是一種隨機(jī)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于并聯(lián)的鏈表，實(shí)現(xiàn)簡單，查找效率較高。簡單理解這里的跳表也是鏈表的一種，只是在鏈表的基礎(chǔ)上添加了跳躍的功能。因?yàn)橛辛诉@個(gè)跳躍的功能，所以在查找元素時(shí)，能夠提供較高的效率。
skipList是如何跳躍后提高查找元素效率的呢？原理是什么？
我們先看下面這個(gè)有序列表
?此時(shí)如果我們要查找某個(gè)數(shù)據(jù)比如23，則需要從頭開始一個(gè)一個(gè)進(jìn)行比較，直接找到包含要找數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)或者找到第一個(gè)比要找數(shù)據(jù)還大的節(jié)點(diǎn)或者找到末尾節(jié)點(diǎn)（這后面的兩種都表示沒有找到），這種方式的查找沒有效率是不高的，為了提升效率可以在偶數(shù)結(jié)點(diǎn)上加上一個(gè)指針，讓這個(gè)指針指向下一個(gè)偶數(shù)節(jié)點(diǎn)，如下圖所示：
?此時(shí)所有的偶數(shù)節(jié)點(diǎn)連成了一個(gè)新的鏈表（稱為高層鏈表），高層鏈表的節(jié)點(diǎn)數(shù)只有原鏈表的一半。如果這個(gè)時(shí)候要查找某個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)先沿著高層鏈表進(jìn)行查找，當(dāng)遇到第一個(gè)比待查數(shù)據(jù)大的節(jié)點(diǎn)時(shí)，立即從這個(gè)大節(jié)點(diǎn)的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)回到原鏈表進(jìn)行查找。比如我們想找23，先在高層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遍歷，遍歷到31時(shí)發(fā)現(xiàn)比23大了，此時(shí)會(huì)從它的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)開始也就是19按原鏈表順序進(jìn)行遍歷，這時(shí)遍歷到23，找到元素。
使用跳表這種方式明顯可以減少比較的次數(shù)，提高查詢的效率，如果鏈表的元素比較多還想進(jìn)一步提升效率可以再加一層高層鏈表。此時(shí)就變成了先遍歷最高層的鏈表，再遍歷第二高層的鏈表，依次類推。
上面這種跳表的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可能存在的問題：
這種對鏈表的分層級的方式看上去確實(shí)提升了查找效率，但是實(shí)際操作時(shí)情況比較多，會(huì)產(chǎn)生問題，比如固定序號的元素有固定的層級，那么列表中的元素如果出現(xiàn)增加或刪除，這會(huì)導(dǎo)致列表整體的層級都需要調(diào)整，這會(huì)大大降低系統(tǒng)性能。
解決這種序號變化帶來的層級變化影響性能的算法優(yōu)化辦法：
為了避免前面的問題，skipList采用了隨機(jī)分配層級方式。在確認(rèn)了總層級后，每添加一個(gè)新的元素時(shí)會(huì)自己動(dòng)為其隨機(jī)分配一個(gè)層級。這種隨機(jī)性就解決了節(jié)點(diǎn)序號與層級之前的固定關(guān)系問題。
數(shù)據(jù)新插入進(jìn)來不影響其它節(jié)點(diǎn)的層級數(shù)。只需要修改插入節(jié)點(diǎn)的前后的指針，而不需要對很多節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，這也降低了插入操作的復(fù)雜度。
skipList指的就是除了最下面第1層鏈表外，它會(huì)產(chǎn)生若干層稀疏的鏈表，這些鏈表里面的指針跳過了一些節(jié)點(diǎn)，并且越高層級的鏈表跳過的節(jié)點(diǎn)越多。在查找數(shù)據(jù)的時(shí)先在高層級鏈表中進(jìn)行查找，然后逐層降低，最終可能會(huì)降到第 1 層鏈表來精確地確定數(shù)據(jù)位置。在這個(gè)過程中由于跳過了一些節(jié)點(diǎn)所以提升了效率。
關(guān)于quickList底層結(jié)構(gòu)
什么是quickList呢？
它是一個(gè)快速列表，它本身是一個(gè)雙向無循環(huán)鏈表，它的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)zipList。從Redis3.2版本開始對于List底層實(shí)現(xiàn)，使用quickList代替了zipList和linkedList。
quickList本質(zhì)上來講是zipList和linkedList的混合體，它把linkedList按段切分，每一段使用zipList來緊湊存儲(chǔ)若干個(gè)真正的數(shù)據(jù)元素，多個(gè)zipList之間使用雙向指針串接起來。對于每個(gè)zipList中最多可存放多大容量的數(shù)據(jù)元素，在配置文件中可以通過list-max-ziplist-size屬性來指定。
如何對它其中的元素進(jìn)行檢索？
?首先我們要清楚的是：對于List元素的檢索操作，都是使用索引來操作的。
quickList由一個(gè)一個(gè)的zipList構(gòu)成，每個(gè)zipList的zllen中記錄了當(dāng)前zipList中包含的entry的個(gè)數(shù)，根據(jù)要檢索的index,從quickList的頭節(jié)點(diǎn)開始，逐個(gè)對zipList的zllen做求和操作，直到找到第一個(gè)求和后的值大于要檢索的index時(shí)，那么要檢索的元素就在這個(gè)zipList當(dāng)中。
如何對它進(jìn)行元素的插入呢？
由于zipList是有大小限制的，所以在quickList中插入一個(gè)元素則相對就比較復(fù)雜了。它需要分幾種情況來處理。
假設(shè)要插入的元素大小為insertBytes，而查找到的插入位置所在zipList當(dāng)前的大小為zlBytes，處理情況則如下：
- 情況1：當(dāng)insertBytes + zlBytes <= list-max-ziplist-size時(shí)，直接插入到zipList中的相應(yīng)位置即可
- 情況2：當(dāng)insertBytes + zlBytes > list-max-ziplist-size，且插入的位置位于這個(gè)zipList的首部位置時(shí)，此時(shí)需要看當(dāng)前zipList的前一個(gè)zipList的大小prev_zlBytes
- 如果insertBytes + prev_zlBytes <= list-max-ziplist-size時(shí)，直接把元素插入到前一個(gè)zipList的尾部位置
- 如果insertBytes + prev_zlBytes > list-max-ziplist-size時(shí)，就會(huì)直接創(chuàng)建一個(gè)新的zipList并連接入quickList中
- 情況3：當(dāng)insertBytes + zlBytes > list-max-ziplist-size，且插入的位置位于這個(gè)zipList的尾部位置時(shí)，此時(shí)需要看當(dāng)前zipList的后一個(gè)zipList的大小next_zlBytes
- 如果insertBytes + next_zlBytes <= list-max-ziplist-size時(shí)，直接把元素插入到后一個(gè)zipList的首部位置
- 如果insertBytes + next_zlBytes > list-max-ziplist-size時(shí)，就會(huì)直接創(chuàng)建一個(gè)新的zipList并連接入quickList中
- 情況4：當(dāng)insertBytes + zlBytes > list-max-ziplist-size，且插入的位置位于這個(gè)zipList的中間位置時(shí)，則會(huì)把zipList分割為兩個(gè)zipList連接入quickList當(dāng)中然后把元素插入到分隔后的前面zipList的尾部
刪除操作如何操作？
對于刪除操作，只需要注意一點(diǎn)，在相應(yīng)的 zipList 中刪除元素后，該 zipList 中是否還有元素。如果沒有其它元素了，則將該 zipList 刪除，將其前后兩個(gè) zipList 相連接。
關(guān)于Redis中key與value支持的數(shù)量
- Redis中最多可以處理
?個(gè)key，大約42億。每個(gè) Redis 實(shí)例至少可以處理 2.5 億個(gè) key
- 每個(gè)Hash，List，Set，ZSet集合都可以包含
二、BitMap操作
BitMap是什么？
BitMap是Redis2.2.0版本中引入的一種新的數(shù)據(jù)類型。這個(gè)數(shù)據(jù)類型本質(zhì)上就是一個(gè)僅包含0和1二進(jìn)制字符串。而它相關(guān)的命令都是對這個(gè)字符串二進(jìn)制位的操作。用于描述這個(gè)字符串的屬性有三個(gè)：key，offset，bitValue
- key：BitMap是Redis的key-value中的一種Value的數(shù)據(jù)類型，所以這個(gè)value一定是會(huì)有對應(yīng)key的
- offset：每個(gè)BitMap數(shù)據(jù)都是一個(gè)字符串，字符串中的每個(gè)字符都有其對應(yīng)的索引，這個(gè)索引是從0開始計(jì)數(shù)的。該索引則稱為每個(gè)字符在BitMap中的偏移量offset， 它的范圍是[0,
],所以最大值是42億多。
- bitValue：每個(gè)BitMap數(shù)據(jù)中都是一個(gè)僅包含0和1的二進(jìn)制字符串，每個(gè)offset位上的字符就稱這個(gè)位的值bitValue，它的值只能是0或者1
相關(guān)操作命令
| 命令 | 說明 | 示例 |
|---|---|---|
| setbit | 為指定key的BitMap數(shù)據(jù)的offset位置上設(shè)置值為value，它的返回值是offset位置的bitValue 對于原BitMap字符串中不存在的offset進(jìn)行賦值，字符串會(huì)自動(dòng)伸展以確保它可以把value保存到指定的offset上，當(dāng)字符串值進(jìn)行伸展時(shí)，空白位置上會(huì)以0來填充，對于value值只能是0或者1。 注意：對于較大的offset的setbit操作來說，內(nèi)存分配過程可以造成Redis服務(wù)器被阻塞 | setbit sing 3 1 |
| getbit | 對key所存儲(chǔ)的BitMap字符串值，獲取指定offset偏移量上的位值bitValue 當(dāng)offset比字符串值的長度大，或者key不存在時(shí)，返回0 | getbit sing 3 |
| bitcount | 統(tǒng)計(jì)給定字符串中被設(shè)置為1的bit位的數(shù)量。一般情況下統(tǒng)計(jì)范圍是給定的整個(gè)BitMap字符串。也可以通過指定額外的start或end參數(shù)，實(shí)現(xiàn)僅對指定字節(jié)范圍內(nèi)字符串進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。 注意：是包含start和end的，且start與end的單位是字節(jié)，不是bit，并且從0開始計(jì)數(shù)，也可以在后帶上BIT選項(xiàng)指定是按bit單位指定統(tǒng)計(jì) | bitcount sing 0 1：這個(gè)命令用來統(tǒng)計(jì)前兩個(gè)字節(jié)，因?yàn)?表示第一個(gè)字節(jié)，1表示第二個(gè)字節(jié) bitcount sing 0 8 BIT：這里指統(tǒng)計(jì)的是0到8位，我們給定了單位選項(xiàng)是BIT |
| bitpos | 返回key指定的BitMap中第一個(gè)值為指定值的bit的二進(jìn)制位的位置，默認(rèn)情況下，命令會(huì)檢測整個(gè)BitMap,也可以指定start參數(shù)與end參數(shù)來指定檢測的范圍。start 和end默認(rèn)是字節(jié)為單位，也可以帶上個(gè)單位選項(xiàng) | bitpos sing 1 0 0：這里0 0表示就找第一個(gè)字節(jié)中值為1的位是哪位 |
| bitop | 對一個(gè)或多個(gè)BitMap字符串key進(jìn)行二進(jìn)制位操作，并把結(jié)果保存到目標(biāo)key上，對于操作類型可以是AND,OR,NOT,XOR中的任意一種 AND：表示按位與操作 OR：表示按位或操作 NOT：表示非操作 XOR：表示異或操作 | bitop AND result rel sing：AND表示操作，result表示結(jié)果保存的BitMap，rel和sing是兩個(gè)進(jìn)行操作的BitMap bitop or result rel sing：按位或 bitop not result result：NOT操作只接收一個(gè)進(jìn)行按位操作BitMap，這個(gè)操作表示把result這個(gè)BitMap中各位進(jìn)行取反再寫回去 bitop xor result rel sing：按位異或 |
應(yīng)用場景
由于 offset 的取值范圍很大，所以其一般應(yīng)用于大數(shù)據(jù)量的二值性統(tǒng)計(jì)。
例如平臺(tái)活躍用戶統(tǒng)計(jì)（二值：訪問或未訪問）、支持率統(tǒng)計(jì)（二值：支持或不支持）、員工考勤統(tǒng)計(jì)（二值：上班或未上班）...
注意：對于數(shù)據(jù)量較小的二值性統(tǒng)計(jì)并不適合 BitMap，可能使用 Set 更為合適。當(dāng)然，具體多少數(shù)據(jù)量適合使用 Set，超過多少數(shù)據(jù)量適合使用 BitMap，這需要根據(jù)具體場景進(jìn)行具體分析
關(guān)于一個(gè)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)日活躍用戶數(shù)量的方案：
方案一：使用set統(tǒng)計(jì)
如果使用 Set 來統(tǒng)計(jì)，只需上線一個(gè)用戶，就將其用戶 ID 寫入 Set 集合即可，最后只需統(tǒng)計(jì)出 Set 集合中的元素個(gè)數(shù)即可完成統(tǒng)計(jì)（scard取集合長度即可）。
方案二：使用BitMap統(tǒng)計(jì)
先定義一個(gè)BitMap，其占有的bit位至少為注冊用戶數(shù)量，當(dāng)上線一個(gè)用戶，則立即使用其中一個(gè)bit位置為1，最后只需要使用bitcout來統(tǒng)計(jì)整個(gè)BitCount中為1的個(gè)數(shù)即可。
這兩個(gè)方案使用哪個(gè)合適呢？
這個(gè)要看數(shù)據(jù)量，如果用戶量大活躍用戶比較大則使用BitMap更合適更能節(jié)省內(nèi)存空間。
三、HyperLogLog操用
它是Redis2.8.9版本中引入的一種新的數(shù)據(jù)類型，其意義是hyperlog log，超級日志記錄。這個(gè)數(shù)據(jù)類型可以簡單理解為一個(gè)set集合，集合的元素為字符串。
實(shí)際上HyperLogLog是一種基數(shù)計(jì)數(shù)概率算法，通過這個(gè)算法可以利用極小的內(nèi)存完成獨(dú)立總數(shù)的統(tǒng)計(jì)，其所有相關(guān)命令都是對這個(gè)set集合的操作。
它的命令都是pf開頭的，目的是紀(jì)念念 Philippe Flajolet 博士（法國人）對組合數(shù)學(xué)和基數(shù)計(jì)算算法分析的研究。
相關(guān)命令
| 命令 | 說明 | 示例 |
|---|---|---|
| pfadd | 把任意數(shù)量的元素添加到指定的HyperLogLog集合里，如果內(nèi)部存儲(chǔ)被修改了返回1，否則返回0 | pfadd p1 sz ls ww? |
| pfcount | 這個(gè)命令對于單個(gè)key時(shí)，給定key的HyperLogLog集合的近似基數(shù)，對于多個(gè)key時(shí)，返回所有key的HyperLogLog集合的并集的近似基數(shù)，如果key不存在則返回0 | pfcount p1 p2 p3 |
| pfmerge | 把多個(gè)HyperLogLog集合合并為一個(gè)HyperLogLog集合，并存儲(chǔ)到指定的key中，合并后的HyperLogLog的基數(shù)接近于所有被合并集合的并集 | pfmerge destpf p1 p3：把p1與p3合并后的集合存在destpf |
應(yīng)用場景
HyperLogLog 可對數(shù)據(jù)量超級龐大的日志數(shù)據(jù)做不精確的去重計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。
注意：這個(gè)統(tǒng)計(jì)不是是精確的！！Redis官方給的誤差在0.81%
四、Geospatial操作
Geospatial，地理空間
Redis在3.2版本中引入的數(shù)據(jù)類型。這個(gè)類型本質(zhì)上仍是一個(gè)集合，只不過這個(gè)集合元素比較特殊，它是由三個(gè)部分構(gòu)成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為空間元素。
- 經(jīng)度：longitude。有效值是：[-180,180]。正數(shù)表示東經(jīng)，負(fù)數(shù)表示西經(jīng)
- 緯度：latitude。有效緯度是：[-85.05112878，85.05112878]。正的表示北緯，負(fù)的表示南緯
- 位置名稱：為經(jīng)緯度所標(biāo)注的位置命名和名稱，也稱為Geospatial集合的空間元素名稱
可以通過這個(gè)類型設(shè)置、查詢某地理位置的經(jīng)緯度，查詢某范圍內(nèi)的空間元素，計(jì)算兩個(gè)空間元素之間的距離等，它的命令都是以geo開頭的。
相關(guān)命令
| 命令 | 說明 | 示例 |
|---|---|---|
| geoadd | 把一個(gè)或多個(gè)空間元素添加到指定的空間集合中，如果輸入一個(gè)超出范圍的經(jīng)緯度時(shí)會(huì)返回一個(gè)錯(cuò)誤 | geoadd location 120.58 31.30 sz |
| geopos | 從指定的地址空間中返回指定元素（可以指定返回多個(gè)元素）的位置（經(jīng)緯度），返回的值是一個(gè)數(shù)組 | geopos location sz cd |
| geodist | 返回兩個(gè)給定位置之間的距離，其中unit單位必須是以下單位中的一種（默認(rèn)是米） m：米 km：千米 mi：英里 ft：英尺 如果兩個(gè)位置之間其中一個(gè)不存在，那么返回空值，計(jì)算距離在極端情況下可能會(huì)產(chǎn)生最大0.5%的差距 | geodist location cd sz KM |
| geohash | 返回一個(gè)或多個(gè)位置元素的geohash值，這個(gè)geohash是一種地址編碼方法，它可以把二維空間經(jīng)緯度數(shù)據(jù)編碼為一個(gè)字符串，主要用于底層應(yīng)用或者調(diào)試，實(shí)際作用并不大 | geohash location cd |
| georadius | 以給定的緯度為中心，返回指定地址空間中包含的所有位置元素中，與中心距離不超過給定半徑。返回的時(shí)候還可以攜帶上額外的信息
命令中可以排序位置，可以通過以下兩個(gè)參數(shù)，用戶可以指定被返回位置元素的排序方式
注意：默認(rèn)情況下，這個(gè)命令會(huì)返回所有匹配的位置元素，雖然可以使用count來指定獲取前n個(gè)元素，但是命令內(nèi)部可能會(huì)需要對所有匹配的元素進(jìn)行處理，對一個(gè)非常大的區(qū)域進(jìn)行搜索時(shí)，使用count取少量的元素也可能非常慢。 | georadius location 111.6 29.046 100 KM |
| georadiusbymember | 這個(gè)命令與georadius是相同的，都是可以找出位于指定范圍內(nèi)的元素，但是這個(gè)命令的中心點(diǎn)是由位置元素給定的而不是單獨(dú)再輸入一個(gè)中心點(diǎn) | georadiusbymember location cd 1000 KM |
| 其它 | 因?yàn)镚EO 數(shù)據(jù)實(shí)際上被存儲(chǔ)在有序集合（sorted set）中，所以我們一樣可以使用Sorted set中的一些命令 | zrem location p1 p2：刪除其中指定的元素 zrange location 0 -1：遍歷元素 |
應(yīng)用場景
Geospatial 的意義是地理位置，所以其主要應(yīng)用地理位置相關(guān)的計(jì)算。如，微信中的“附近”功能，釘釘中的“距離打卡”...
五、發(fā)布/訂閱操作
發(fā)布/訂閱，也就是pub/sub，是一種消息通信模式。發(fā)布者也就是消息的生產(chǎn)者，生產(chǎn)和發(fā)布消息到存儲(chǔ)系統(tǒng)當(dāng)中，訂閱者也就是消息的消費(fèi)者，從存儲(chǔ)系統(tǒng)中接收和消費(fèi)消息。這個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)可以是文件系統(tǒng)FS，消息中間件MQ，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS，也可以是Redis。整個(gè)消息發(fā)布者、訂閱者與存儲(chǔ)系統(tǒng)稱為消息系統(tǒng)。
消息系統(tǒng)中的訂閱者訂閱了某類消息后，只要存儲(chǔ)系統(tǒng)中存在這類消息，就可以不斷地接收并消費(fèi)這些信息。當(dāng)沒有這類消息后，訂閱者的接收、消費(fèi)會(huì)阻塞，當(dāng)發(fā)布者把消息寫入到存儲(chǔ)系統(tǒng)后，立即會(huì)喚醒訂閱者。當(dāng)存儲(chǔ)系統(tǒng)放滿時(shí)，不同的發(fā)布者會(huì)有不同的處理方式,比如：阻塞發(fā)布者的發(fā)布，等待可用的存儲(chǔ)空間或者是把多余的消息丟失。
不同的消息系統(tǒng)消息的發(fā)布/訂閱方式也是不同的，如RocketMQ、Kafka等中間件構(gòu)成的消息系統(tǒng)中，發(fā)布/訂閱的消息都是以主題Topic分類的，而Redis當(dāng)中則是以頻道Channel分類的。
?相關(guān)命令
| 命令 | 說明 | 示例 |
|---|---|---|
| subscribe | redis客戶端通過一個(gè)subscribe命令可以同時(shí)訂閱任意數(shù)量的頻道，在輸出了訂閱主題后，命令處理阻塞的狀態(tài)等待相關(guān)頻道的消息。 返回訂閱的結(jié)果報(bào)告 | subscribe news sports：訂閱news和sports |
| publish | redis客戶端通過一條publish命令可以發(fā)布一個(gè)頻道的消息，返回值是接收到這個(gè)消息的訂閱者數(shù)量。 | publish news "this is a fun news" |
| psubscribe | 訂閱一個(gè)或多個(gè)符合給定模式的頻道，這里可以指定模式，這個(gè)模式中只能使用*號，如：it* 表示的是可以匹配所有以it開頭的頻道，如：it.news，it.blog|，it.tech等都可以匹配到 | psubscribe it.* news.* |
| unsubscribe | redis客戶端退訂指定的頻道，如果沒有指定具體的頻道，那么客戶端使用subscribe命令都會(huì)被退訂，這個(gè)命令會(huì)返回一個(gè)信息，告知客戶端所有被退訂的頻道。 | |
| punsubscribe | 這個(gè)與unsubcribe類似只是說它退訂的是帶模式的頻道。 | |
| pubsub | 它是一個(gè)查看訂閱與發(fā)布系統(tǒng)狀態(tài)的內(nèi)省命令集，它由數(shù)個(gè)不同格式的子命令組成
|
六、Redis事務(wù)
Redis的事務(wù)本質(zhì)上是一組命令的批處理，這組命令在執(zhí)行過程中會(huì)被順序地，一次性全部執(zhí)行完畢，只要沒有出現(xiàn)語法錯(cuò)誤，這組命令在執(zhí)行期間是不會(huì)被中斷的。
Redis事務(wù)特性
Redis的事務(wù)只保證數(shù)據(jù)的一致性。
- 不具備原子性，這組命令中的某些命令執(zhí)行失敗不會(huì)影響到其它命令的執(zhí)行
- 沒有復(fù)雜的隔離級別，這組命令使用樂觀鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)簡單的隔離性
- 這組命令的執(zhí)行結(jié)果是被寫入到內(nèi)存的，是否持久化取決于Redis的持久化策略，與事務(wù)無關(guān)
Redis事務(wù)實(shí)現(xiàn)
三個(gè)命令
Redis事務(wù)通過三個(gè)命令進(jìn)行控制
muti：開始事務(wù)
exec：執(zhí)行事務(wù)
discard：取消事務(wù)
基本使用
在multi執(zhí)行后就會(huì)開啟事務(wù)，在其后每寫的一個(gè)命令都會(huì)放到隊(duì)列當(dāng)中，當(dāng)執(zhí)行exec的時(shí)候才會(huì)一個(gè)一個(gè)執(zhí)行隊(duì)列中的命令。
如果我們事務(wù)開啟了并且命令也放到隊(duì)列中了，但是我們此時(shí)執(zhí)行了discard則會(huì)取消所有命令
exec與discard兩者是互斥的。最后要么執(zhí)行exec要么執(zhí)行discard
以上的兩個(gè)命令set age 20 與 incr age是一組，在執(zhí)行過程中不會(huì)被中斷
如果我們不執(zhí)行exec，而是執(zhí)行discard則會(huì)取消隊(duì)列中的命令執(zhí)行
Redis事務(wù)異常處理
語法錯(cuò)誤
當(dāng)事務(wù)中的命令出現(xiàn)語法錯(cuò)誤時(shí)，整個(gè)事務(wù)在exec執(zhí)行時(shí)會(huì)被取消。
因?yàn)樵陉?duì)列中的命令存在錯(cuò)誤的語法，這個(gè)時(shí)候exec會(huì)取消執(zhí)行會(huì)事務(wù)中的命令
執(zhí)行過程中異常?
如果事務(wù)中的命令沒有語法錯(cuò)誤，但是在執(zhí)行過程中出現(xiàn)異常，這個(gè)異常不會(huì)影響到其它命令的執(zhí)行
這里可以看到事務(wù)中的命令都是沒有語法錯(cuò)誤的，但是在執(zhí)行的時(shí)候第二個(gè)命令出現(xiàn)的執(zhí)行異常，這個(gè)時(shí)候第一個(gè)命令已經(jīng)執(zhí)行成功了，第二個(gè)不會(huì)執(zhí)行。此時(shí)執(zhí)行命令get score會(huì)返回A是因?yàn)檫@個(gè)命令執(zhí)行成功了！
Redis事務(wù)隔離機(jī)制
為什么要隔離呢？
在并發(fā)的場景下可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)客戶端對同一數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的情況。
示例如下：
假設(shè)我們有一個(gè)賬戶，里面有金額100元，A客戶端要扣減80元，B客戶端要扣減50元。首先他們會(huì)去看是否夠扣減，兩個(gè)并發(fā)執(zhí)行查看到的金額是100，這對于兩者來說都是夠減的，于似乎兩者都進(jìn)行扣減金額的動(dòng)作，這時(shí)候時(shí)候會(huì)出現(xiàn)賬戶“超扣”的情況。
? ? ?
?為了解決這種情況，Redis事務(wù)通過樂觀鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)了多線程下的執(zhí)行隔離。
隔離實(shí)現(xiàn)
Redis通過watch命令再配合事務(wù)實(shí)現(xiàn)了多線程下的執(zhí)行隔離
我們先watch 一個(gè)key，再使用multi開事務(wù)
? ?
實(shí)際上我們watch account的時(shí)候，我們不僅看到account的值是100，而且可以看到有一個(gè)版本是1，當(dāng)另一個(gè)客戶端對這個(gè)值進(jìn)行修改后，account中的版本號已經(jīng)變?yōu)榱?，此時(shí)在執(zhí)行命令時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)watch中的account的版本是1小于實(shí)際數(shù)據(jù)的版本2表示現(xiàn)在的版本已經(jīng)過時(shí)了。執(zhí)行時(shí)就會(huì)取消掉。
版本號要大于等于原數(shù)據(jù)的版本號時(shí)才能執(zhí)行，否則不能執(zhí)行。
七、benchmark測試工具
在Redis安裝安成后會(huì)自動(dòng)安裝一個(gè)redis-benchmark測試工具，它是一個(gè)壓力測試工具，用于測試Redis的性能。
Redis安裝完成后這個(gè)具體在：/usr/local/bin/
通過redis-benchmark --help命令可以查看到其用法。
常用的一些命令選項(xiàng)：
- -c ?表示并行連接的數(shù)量，默認(rèn)是50
- -n 表示請求的總數(shù)量，默認(rèn)值是100000
- -h 表示連接的Redis的ip，如查是本機(jī)可以省略
- -p 表示Redis的端口號，如果是6379則可以省略
- -d 表示數(shù)據(jù)的大小，get/set命令時(shí)其操作的value的數(shù)據(jù)長度，單位字節(jié)，默認(rèn)值是3，這個(gè)測試其它命令的時(shí)候沒有用
- -k 表示這些并發(fā)連接的狀態(tài)，如果是1表示一直處于連接狀態(tài)（keep alive）；0表示中間會(huì)出現(xiàn)斷連然后重連接的情況（reconnect），默認(rèn)值是1
基本測試
命令：redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6379 -c 100 -n 200000
這個(gè)測試的命令表示使用100個(gè)客戶端并發(fā)連接，總共發(fā)起200000個(gè)請求
測試的報(bào)告如下（每一個(gè)命令都是一樣的報(bào)告結(jié)構(gòu)，下面是set命令測試報(bào)告結(jié)果）：
上在這個(gè)測試會(huì)把所有命令都測試一遍
指定命令測試
命令：?redis-benchmark -t set,lpush,sadd -c 100 -n 100000 -q
上面這個(gè)命令中-n如果是100000表示是默認(rèn)的請求可以省略不寫；
其它的選項(xiàng)說明：
- -q 表示測試結(jié)果只給出總述性報(bào)告
- -t 指定要測試的命令，多個(gè)命令之間使用逗號進(jìn)行分隔，不能有空格
通過benchmark的測試我們看到，redis的性能非常高，其中還是得益于它對五種值類型全部進(jìn)行了設(shè)計(jì)，經(jīng)過設(shè)計(jì)后變成了適合于它自己的結(jié)構(gòu)。