Redis 数据结构全景解析


Redis 不是简单的 key-value 缓存,它更像一把"瑞士军刀"。

只要掌握数据结构,就能把同一份内存用出 10 倍效率。

0. 开场白:为什么聊数据结构?

面试常问"Redis 有几种数据类型?"------很多人答 5 种(String、List、Hash、Set、ZSet)。

但 Redis 7.0 源码里已出现 9 种编码 (encoding),未来还会更多。

理解"类型 vs 编码"是区分菜鸟与专家的第一步。

对外类型(type) 内部可能编码(encoding) 场景关键字
string int、embstr、raw、sdshdr5... 计数器、缓存
list ziplist、quicklist 消息队列
hash ziplist、hashtable 对象缓存
set intset、hashtable 去重、抽奖
zset ziplist、skiplist 排行榜
stream rax + listpack Kafka-lite
bitmap / hyperloglog / geo 特殊紧凑编码 大数据去重、LBS

下面按使用频率由浅入深展开。


1. String:最被低估的"全能选手"

  • 底层:简单动态字符串(SDS),预分配策略减少 80% 内存重分配。
  • 三大绝技
    1. 缓存:SET / GET 常规操作。
    2. 计数器:INCR、INCRBY 原子自增,秒杀库存必备。
    3. 分布式锁:SET key value NX PX 30000 一条命令解决"SETNX + EXPIRE"非原子问题。
  • 面试题 :为什么 512 MB 以下都用 embstr?
    答:embstr 将 redisObject 与 SDS 连续分配,一次 malloc,CPU cache 友好。

2. List:双端队列 & 阻塞队列

  • 编码进化史:ziplist(<=3.2) → quicklist(4.0) → listpack(7.0)。
  • 典型用法
    • 栈:LPUSH + LPOP
    • 队列:RPUSH + LPOP
    • 阻塞队列:BLPOP mylist 0(0 表示永不超时)
  • :ziplist 转 quicklist 的阈值 list-max-ziplist-size -2,负值表示节点字节限制。

3. Hash:小对象之王

  • 阈值 :hash-max-ziplist-entries 512 / hash-max-ziplist-value 64。
    小 Hash 用 ziplist,大 Hash 自动转 hashtable,O(1) vs O(N) 差异巨大。

  • 实战

    bash 复制代码
    HSET user:1001 name kim age 18
    HINCRBY user:1001 age 1

    单 key 管理对象字段,比多个 String 省内存 30%+。


4. Set:无序去重 + 数学集合

  • 编码:全整数且元素 ≤ set-max-intset-entries 512 → intset,否则 hashtable。
  • 花式用法
    • 抽奖:SRANDMEMBER lucky 1 随机 1 人
    • 交并差:SINTER tag:redis tag:cache 找出共同标签的文章。

5. Sorted Set:排行榜 & 延迟队列

  • 底层:skiplist + dict 双索引,O(logN) 范围查询 + O(1) 成员定位。

  • 排行榜

    bash 复制代码
    ZINCRBY rank:2025 1 player:42
    ZREVRANGE rank:2025 0 9 WITHSCORES
  • 延迟队列 :score 存执行时间戳,用 ZRANGEBYSCORE 定时轮询即可。


6. Stream:Redis 的 Kafka

  • 组成
    • 消息:XADD mystream * field value
    • 消费组:XGROUP CREATE mystream g1 $
  • 特点
    • 消息持久化,重启不丢。
    • 支持 ACK、PEL(pending list),比 List 做队列更可靠。

7. 三大"特种类型"

类型 命令示例 用途
Bitmap SETBIT uv:20250801 10086 1 日活统计(1 bit/用户)
HyperLogLog PFADD ip:20250801 1.1.1.1 去重计数,误差 < 0.81%
Geo GEOADD shops 116.397 39.909 "beijing" 附近 5 km 门店

8. 内存优化 3 板斧

  1. 编码对齐DEBUG OBJECT key 看 encoding,针对性调阈值。
  2. 压缩 :开启 list-compression-depth 2 对中间节点压缩。
  3. 短结构:小数据量用 ziplist/listpack,可把内存压到 1/8。

9. 小结与思维导图

复制代码
Redis 数据结构 = 对外类型 + 内部编码 + 阈值参数
                 ↓
      用对结构,省内存,提性能
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