Redis --- 第四讲 --- 常用数据结构 --- Hash、List

一、Hash哈希类型的基本介绍。

哈希表：之前学过的所有数据结构中，最最重要的。

1、日常开发中，出场频率非常高。

2、面试中，非常重要的考点。

Redis自身已经是键值对结构了。Redis自身的键值对就是通过哈希的方式来组织的。把key这一层组织完成之后，到了value这一层，value的其中一种类型还可以是哈希。

哈希类型中的映射关系通常称为field-value，用于区分Redis整体的键值对。

Hash类型的操作命令

HSET：设置hash中指定的字段field的值value。返回值是设置成功的Hash键值对的个数。

value是一个字符串。

HGET：获取hash中指定的字段field的值value。

HEXISTS 判端hash中是否又指定的字段。返回值：1代表存在，0代表不存在

HDEL 删除hash中指定的字段，返回值：本次操作删除的字段个数。 

HKEYS 获取hash中的所有字段这个操作，现根据key找到对应的hash,O(1)，然后再遍历hash ,O(N)，注意！这个操作也是存在一定的风险的！类似于之前介绍过的keys*，主要是不知道某个hash中是否会存在大量的field。

HVALS 获取Hash中所有的value。和hkeys相对，能够获取到hash中所有的value。

如果哈希非常大，这个操作就可能导致redis服务器被阻塞住。

HGETALL 获取hash中的所有字段以及对应的值

两两交替显示，一个field，一个value。这个操作还是有可能造成服务器的阻塞。但是多数情况下，不需要查询所有的field，可能只查其中几个field。

HMGET 类似于之前的MGET，可以一次查询多个field。

 HMSET，一次设置多个field和value。并不需要使用，hset已经支持多个field。

上述hkeys，hvals，hgetall都是存在一定风险的，hash的元素个数太多，执行的耗时会比较长，从而阻塞redis。hscan遍历redis的hash，但是它属于渐进式遍历，敲一次命令，遍历一小部分。再敲一次，再遍历一小部分。连续执行多次，就可以完成整个的遍历过程。化整为零。

HLEN 获取hash中的所有字段的个数

HSETNX 类似于setnx，不存在的时候，才能甚至成功，存在则设置不成功。

hash这里的value，也可以当作数字来处理。

HINCRBY 加减整数

HINCRBYFLOAT 加减小数

由于使用频率不算很高，redis没有提供类似于incr，decr的操作。O(1)

hash命令总结

学习Redis的过程中，会涉及到大量的命令。过两天会忘了，练习 + 多查文档就可以记住了。

hash类型内部编码

ziplist压缩列表：压缩 rar,zip,gzip这是一些具体的压缩算法。压缩的本质是针对数据进行重新编码，不同的数据，有不同的特点，结合这些特点，进行精妙的设计。重新编码之后，就能够缩小体积。事实上，这些常见的压缩算法。都是精妙设计的。ziplist也是同理。内部的数据结构也是精心设计的。表示一个普通的hash表，可能会浪费一定的空间。hash首先是一个数组，数组上有些位置有元素，有些没有元素。ziplist付出的代价，进行读写元素，速度是比较慢的。如果元素个数少，慢的并不明显，如果元素个数太多了，慢就会雪上加霜。

如果哈希表中的元素个数比较少，使用ziplist表示，元素个数比较多，使用hashtable来表示。

每个value的值长度都比较短，使用ziplist表示，如果某个value的长度太长了，也会转换成hashtable。

也可以使用 hash-max-ziplist-entries配置项默认是512个，也就是说超过512个hash field就会使用hashtable来进行编码。这个配置项就是可以写到redis.conf文件中的。

hash-max-ziplist-value配置（默认是64字节）。

Hash的使用场景

作为缓存：string也是可以作为缓存使用的。存储结构化的数据，使用hash类型更合适一些

上述场景使用string类型也能做到，就需要使用到json这样的数据格式。如果使用string的格式来表示UserInfo万一指向获取其中的某个field，或者修改某个field。就需要把整个json读出来，解析成对象，操作field，再重写转换成json字符串，再写回去。如果使用hash的方式来表UserInfo就可以使用field表示对象的每个属性。此时就可以非常方便的修改/获取任何一个属性的值了。使用hash的方式，确实读写field更直观高效，但是付出的是空间的代价。需要控制哈希再ziplist和hashtable两种内部编码的转换，可能造成内存的较大消耗。

这种方式，相当于把同一个数据的各个属性给分散开表示了。低内聚。不推荐这样做。

高内聚，低耦合。好的代码追求上面的六个字。

高内聚：把有关联的东西放在一起，最好放在指定的地方。 

低耦合：两个模块之间的关联关系，关联关系越大，越容易相互影响。认为是耦合越大。

hash类型和关系型数据库有两点不同之处

哈希类型是稀疏的，而关系型数据库是完全结构化的。

关系型数据库可以做复杂的关系查询，而Redis去模拟关系型复杂查询，例如联表查询、聚合查询等是不可能的，维护成本高。

二、List类型基本介绍

列表List相当于数组或者顺序表

约定最左侧元素下标是0，redis的下标支持负数下标。getrange。注意list内部的结果。并非是一个简单的数组，而是更接近于双端队列。

列表中的元素是有序的。有序的含义要根据上下文区分。有的时候谈到有序，指的是升序降序。有的时候，谈到的有序指的是顺序很关键。如果把元素位置颠倒，顺序调换，此时得到的新的List和之前的List是不等价的！

区分获取和删除的的区别：lindex能获取到元素的值，lrem也能返回被删除元素的值。

列表中的元素是允许重复的，像hash这样的类型，field是不能重复的。因为当前的LIst，头和尾都能高效的插入删除元素，就可以把这个List当作一个栈和队列来使用了。

Redis有一个典型的应用场景，就是作为消息队列，最早的时候，就是通过List类型。后来Redis又提供了一个stream类型。可以实现一个复杂的消息队列。

List的操作命令

lpush 将一个或多个元素头插到List中。

按照顺序，一次头插这几个元素，全部插入完毕，4是在最前面的！4 3 2 1。时间复杂度O(1),返回值是list的长度。如果key已经存在，并且key对应的value类型，不是list此时lpush就要报错。redis中所有的这些各种数据类型的操作，都是类似的效果。

lrange命令查看List中指定范围的元素。LRANGE Key start stop。此处描述的区间也是闭区间。下标支持负数。0 ，-1所有的范围。

此处的这个序号，是专门给结果集使用的序号。跟List下标没有关系。谈到下标，往往会关注，超出范围的情况。

C++中，下标超出范围，一般会认为这是一个未定义行为。 可能会导致程序奔溃。也可能会得到一个不合法的数据。还可能看起来合法，但是错误的数据，也有可能恰好得到一个符合要求的数据。Redis中的做法，是直接尽可能的获取到给定区间的元素，如果给定区间非法，比如超出下标，就会尽可能的获取对应的内容。

此处对于越界下标的访问。python中也有如此的操作。C++中的处理机制的缺点是程序员不一定能第一时间发现问题！优点：效率比较高。

lpushx 在key存在时，将一个或者多个元素从左侧放入。不存在就什么也不做。

rpush右侧插入，尾部插入。

RPUSHX 存在就插入，不存在什么也不做。

LPOP 头删。把list左侧的元素取出来。

RPOP尾删。把list右侧的元素取出来。 时间复杂度O(1)。 

LINDEX 给定下标获取对应的元素，下标非法返回的是nil，这是一个O(N)的时间复杂度。此处N指的是list中的元素的个数。

LINSERT在某个元素的之前之后插入。

返回值：插入之后，得到的新的list的长度。万一要插入的列表中，基准值存在多个怎么办

linsert进行插入的时候，要根据基准值，找到对应的位置，从左往右找，找到第一个符合基准值的位置即可。时间复杂度也是一个O(N)。N表示列表的长度。

LLEN 获取长度。

LREM rem其实就是remove的缩写。

count 要删除的个数，element，要删除的值。时间复杂度O(N+M)。

count > 0 从左往右寻找，删除count个就可以了

count < 0 从右往左寻找，删除count个就可以了

count = 0 删除所有的元素。

LTRIM 删除list中的元素。指定一个范围，保留start和stop之间区间内的元素，区间外面两边的元素就直接被删除了。

官方文档中还有这个东西，access control list 访问控制列表这是和权限相关的操作。Redis6开始支持的。都是针对6及其以上版本才有的。Redis有很多命令acl这块就把每个命令都打上一些标签，打好所有的标签之后，管理员就可以给每个redis用户配置不同的权限。允许该用户可以执行哪些标签对应的命令。这里并非是一个知识点。只不过需要用到时候要查一下配置具体怎么写。

LSET 根据下标修改元素。也是一个O(N)的时间复杂度。

lindex可以很好的处理下标越界的情况，直接返回nil，lset来说则会报错，不会像js那样，直接在10这个下标这里搞出个元素来。

阻塞版本的命令：阻塞，当前的线程不走了，代码不继续执行了。会在满足一定的条件之后，被唤醒。

BLPOP lpop 如果list中存在元素，blpop和brpop就和lpop以及rpop作用完全相同。如果list为空那么就会阻塞。

BRPOP rpop

以上两个命令相当于 lpop rpop，B =》block（阻塞）阻塞队列，多线程的时候，我们了解过了生产者消费者模型。使用队列来作为中间的交易场所。期望这个队列会有两个特性。1、线程安全，2、阻塞功能，如果队列为空尝试出队列就会产生阻塞。直到队列不空，阻塞解除，如果队列为满，尝试入队列，也会产生阻塞，直到队列不满，阻塞解除。

redis中的list也相当于阻塞队列一样，线程安全是通过单线程模型支持的。阻塞则只支持队列为空的情况。

使用brpop和blpop的时候，这里是可以显式设置阻塞时间的，不一定是无休止的等待！期间Redis可以执行其他命令，此处blpop和brpop看起来好像耗时很久，但是实际上并不会对redis服务器产生负面影响。

命令中如果设置了多个键，那么会从左向右进行遍历键，一旦有一个键对应的列表中可以弹出元素，命令立即返回。blpop和brpop都是可以同时去尝试获取多个key的列表的元素的。多个key对应多个list，这多个list哪个有元素了，就会返回哪个元素。

如果多个客户端同时对一个键执行pop，则最先执行命令的客户端会最先得到弹出的元素。

此处可以指定一个key或者多个key，每个key都对应一个list，如果这些list有一个非空，blpop都能够把这里的元素给获取到，立即返回。如果这些list都为空，此时就需要阻塞等待，等待其他客户端往这些list中插入元素了。此处还可以指定超时时间，单位是秒 Redis6 超时时间允许设定成小数，Redis5中，超时时间得是整数。

针对一个非空的列表进行操作。

返回结果相当于一个pair（二元组）一方面是告诉我们当前的数据来自于哪个key，一方面告诉我们取到的数据是啥。

针对一个空的列表，多个key进行操作：

返回结果相当于一个pair（二元组）一方面是告诉我们当前的数据来自于哪个key，一方面告诉我们取到的数据是啥。brpop和blpop的阻塞机制是完全相同的。

此处的这两个阻塞命令用途主要就是用来作为消息队列。

命令总结：

 list内部编码：

以前的编码方式

当前的编码方式

quicklist：ziplist和linkedlist的结合体。ziplist把数据按照更紧凑的压缩形式进行标识的，节省空间，当元素个数多了，就不适合这种了。元素个数多了就可以使用linkedlist来编码。

quicklist相当于是链表和压缩列表的结合。整体还是一个链表，链表的每个节点，是一个压缩列表，每个压缩列表，都不让它太大，同时再把多个压缩列表通过链式结构连起来。

这样的配置已经不适用了。

当前的配置项为还有一个挡位：

旧版本的策略就已经不使用了，无论什么大小都会使用quick来使用

List应用场景

用list作为数组这样的结构，来存储多个元素。

mysql中，标识学生和班级信息。

student(studented, studentName, age, score, classID)

class(classID,className) 在上述表格中我们就可以知道哪些班级有哪些人了。

redis支持这样的查询功能优点困难。

学生和班级之间的联系。 

使用Redis作为消息队列

使用生产者消费者模型。这个操作，是阻塞操作。当列表为空的时候，brpop就会阻塞等待，一直等到其他客户端，push了元素才会解除阻塞，来获取元素。谁先执行的brpop就会先拿到一个元素，像这样的设定，就构成一个轮询式的效果。

假设消费者执行顺序式 1 2 3，当新元素到达之后，首先消费者1拿到元素，（按照执行brpop的命令的先后顺序来决定谁获取到的)。消费者1拿到元素之后，也就从brpop中返回了。（相当于这个命令就执行完了）。如果消费者1还想继续消费，就需要重新执行brpop。 此时，再来一个新的元素过来，就是消费者2拿到该元素，也从brpop中返回，如果消费者2还想继续消费，也需要重新执行brpop。再来一个新元素，就是消费者3来获取这个元素了。

分频道的消息队列

多个列表/频道 这种场景非常常见的。日常使用的一些程序，抖音，有一个通道，来传输短视频数据。还可以有一个通道，来传输弹幕，还可以有频道，来传输点赞，转发，收藏数据，还可以有频道，来传输评论数据。搞成多个频道，就可以在某种数据发生问题的时候，不会对其他数据造成影响。达到了一个解耦合的目的。

微博timeline

当前一页中有多少数据不确定，可能会导致下面的循环比较大，从而会触发很多次的hgetall，也就是很多的网络请求。使用pipeline管道流水线。虽然咱们是多个redis命令，但是把这些命令合并成一个网络请求，进行通信。大大降低客户端和服务器之间的交互次数了。

lrange在两侧的查询速度很快，但是查询中间段是有点慢的。可以用这样的方法：假设某个用户发了1w个微博list长度就是1w，就可以把1w个微博拆成10份，每隔就是1k，如果是想要获取到5k个左右的微博。就可以加快中间位置的查询。

这里的list可以当作一个栈一端存取，一个队列两端存取。