Redis数据结构及应用场景详解

一、Redis是什么？

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的内存键值数据库，支持多种数据结构，提供持久化、事务、发布订阅等功能。与传统数据库不同，Redis将数据存储在内存中，因此读写性能极高（10万+/秒操作），通常用作缓存、消息队列和实时数据处理。

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数据结构详解

1. String（字符串）

一、是什么？
最基础的数据类型，可存储文本（最大512MB）、数字或二进制数据。

二、解决什么问题

• 存储简单键值对
• 实现原子计数器
• 缓存简单对象

三、核心命令
SET/GET/INCR/DECR/APPEND

四、应用场景

• 缓存HTML片段
• 文章阅读量计数器
• 分布式锁（SET key value NX EX）
• 存储序列化对象（JSON/protobuf）

五、Java示例

// 使用Jedis客户端
Jedis jedis = new Jedis("localhost");
// 设置值
jedis.set("article:100:views", "0");
// 原子增加
jedis.incr("article:100:views");
// 获取值
String views = jedis.get("article:100:views");

六、注意事项

• 大文本影响内存，需监控大小
• 数字类型可用INCRBY批量增加

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2. Hash（哈希表）

一、是什么？
键值对集合，类似Java的Map<String, String>，适合存储对象。

二、解决什么问题

• 结构化数据存储
• 部分字段更新（避免读取整个对象）

三、核心命令
HSET/HGET/HMSET/HGETALL/HDEL

四、应用场景

• 用户属性存储（姓名/年龄/邮箱）
• 商品详情页
• 动态字段配置

五、Java示例

// 存储用户信息
Map<String, String> user = new HashMap<>();
user.put("name", "Alice");
user.put("age", "28");
jedis.hset("user:1001", user);

// 获取单个字段
String name = jedis.hget("user:1001", "name");

六、注意事项

• 字段过多影响性能，建议控制在1000以内
• 不支持嵌套数据结构

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3. List（列表）

一、是什么？
双向链表结构，按插入顺序排序，支持头尾操作。

二、解决什么问题

• 有序数据集合
• 队列/栈实现

三、核心命令
LPUSH/RPUSH/LPOP/RPOP/LRANGE

四、应用场景

• 消息队列（生产者-消费者）
• 最新文章列表（保留100条）
• 操作日志记录

五、Java示例

// 消息队列生产者
jedis.lpush("msg_queue", "task1");

// 消费者
String task = jedis.rpop("msg_queue");

// 获取最新10条日志
List<String> logs = jedis.lrange("app_logs", 0, 9);

六、注意事项

• 长列表遍历性能低，避免LRANGE 0 -1
• 阻塞命令BLPOP可避免轮询

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4. Set（集合）

一、是什么？
无序的唯一值集合，支持交/并/差集运算。

二、解决什么问题

• 去重存储
• 关系运算（共同好友）

三、核心命令
SADD/SMEMBERS/SINTER/SUNION

四、应用场景

• 用户标签系统
• 抽奖去重
• 共同关注（交集计算）

五、Java示例

// 添加标签
jedis.sadd("user:1001:tags", "sports", "music");

// 获取共同兴趣
jedis.sinter("user:1001:tags", "user:1002:tags");

// 随机抽奖
String winner = jedis.srandmember("lottery_pool");

六、注意事项

• SMEMBERS全量返回可能阻塞，用SSCAN分批获取
• 大集合运算消耗CPU

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5. Sorted Set（有序集合）

一、是什么？
带分数的Set，元素按分数排序（分数可重复）。

二、解决什么问题

• 带权重的排行榜
• 范围查询（如时间范围）

三、核心命令
ZADD/ZRANGE/ZREVRANK/ZRANGEBYSCORE

四、应用场景

• 游戏积分排行榜
• 延迟队列（分数=执行时间戳）
• 热点新闻TOP10

五、Java示例

// 添加玩家积分
jedis.zadd("game_leaderboard", 3500, "player1");

// 获取TOP3
Set<String> topPlayers = jedis.zrevrange("game_leaderboard", 0, 2);

// 查询黄金段位玩家（3000-4000分）
Set<String> goldPlayers = jedis.zrangeByScore("game_leaderboard", 3000, 4000);

六、注意事项

• 分数用double存储，避免精度问题
• ZRANGE复杂度O(log(N))，性能优异

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Redis数据结构及应用场景详解（Redisson实现）

1. String（字符串）

Java示例（Redisson）

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RBucket;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;

public class StringExample {
    public static void main(String[] args) {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
        RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
        
        // 设置键值
        RBucket<String> bucket = redisson.getBucket("user:1001:name");
        bucket.set("Alice");
        
        // 原子计数器
        RAtomicLong counter = redisson.getAtomicLong("article:200:views");
        counter.set(100);
        counter.incrementAndGet(); // 原子增加
        
        // 获取值
        System.out.println("User name: " + bucket.get());
        System.out.println("View count: " + counter.get());
        
        redisson.shutdown();
    }
}

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2. Hash（哈希表）

Java示例（Redisson）

import org.redisson.api.RMap;
import org.redisson.api.RedissonClient;

public class HashExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化同上
        RedissonClient redisson = ...;
        
        // 存储用户对象
        RMap<String, String> userMap = redisson.getMap("user:1001");
        userMap.put("name", "Alice");
        userMap.put("email", "alice@example.com");
        userMap.put("age", "30");
        
        // 部分更新
        userMap.fastPut("email", "new_email@example.com");
        
        // 获取所有字段
        userMap.entrySet().forEach(entry -> 
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue())
        );
        
        redisson.shutdown();
    }
}

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3. List（列表）

Java示例（Redisson）

import org.redisson.api.RList;
import org.redisson.api.RedissonClient;

public class ListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化同上
        RedissonClient redisson = ...;
        
        // 消息队列生产者
        RList<String> msgQueue = redisson.getList("message_queue");
        msgQueue.add("Task1: Process invoices");
        msgQueue.add("Task2: Generate reports");
        
        // 消费者
        if (!msgQueue.isEmpty()) {
            String task = msgQueue.remove(0);
            System.out.println("Processing: " + task);
        }
        
        // 获取最新5条日志
        RList<String> logs = redisson.getList("app_logs");
        logs.add("2023-10-01: System started");
        logs.add("2023-10-01: User logged in");
        
        logs.range(0, 4).forEach(System.out::println);
        
        redisson.shutdown();
    }
}

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4. Set（集合）

Java示例（Redisson）

import org.redisson.api.RSet;
import org.redisson.api.RedissonClient;

public class SetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化同上
        RedissonClient redisson = ...;
        
        // 用户标签
        RSet<String> userTags = redisson.getSet("user:1001:tags");
        userTags.add("sports");
        userTags.add("technology");
        userTags.add("sports"); // 自动去重
        
        // 共同兴趣计算
        RSet<String> user2Tags = redisson.getSet("user:1002:tags");
        user2Tags.add("technology");
        user2Tags.add("music");
        
        RSet<String> commonTags = userTags.intersection(user2Tags);
        System.out.println("Common tags: " + commonTags);
        
        redisson.shutdown();
    }
}

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5. Sorted Set（有序集合）

Java示例（Redisson）

import org.redisson.api.RScoredSortedSet;
import org.redisson.api.RedissonClient;

public class SortedSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化同上
        RedissonClient redisson = ...;
        
        // 游戏排行榜
        RScoredSortedSet<String> leaderboard = redisson.getScoredSortedSet("game_leaderboard");
        leaderboard.add(4200.0, "Player1");
        leaderboard.add(3850.5, "Player2");
        leaderboard.add(4010.0, "Player3");
        
        // 获取TOP3玩家
        System.out.println("Top players:");
        leaderboard.entryRangeReversed(0, 2).forEach(entry -> 
            System.out.println(entry.getScore() + ": " + entry.getValue())
        );
        
        // 范围查询（黄金段位 3500-4000分）
        System.out.println("Gold players:");
        leaderboard.entryRange(3500, true, 4000, true).forEach(entry ->
            System.out.println(entry.getValue() + " - " + entry.getScore())
        );
        
        redisson.shutdown();
    }
}

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Redisson高级特性

1. 分布式锁

RLock lock = redisson.getLock("order:lock");
try {
    if (lock.tryLock(10, 60, TimeUnit.SECONDS)) {
        // 处理业务逻辑
        processOrder();
    }
} finally {
    lock.unlock();
}

2. 布隆过滤器

RBloomFilter<String> bloomFilter = redisson.getBloomFilter("user_filter");
bloomFilter.tryInit(100000L, 0.03);  // 10万数据，3%误判率

bloomFilter.add("user1001@example.com");
boolean exists = bloomFilter.contains("user1002@example.com");

3. 分布式队列

RBlockingQueue<String> queue = redisson.getBlockingQueue("task_queue");
// 生产者
queue.offer("task_data");

// 消费者（阻塞等待）
String task = queue.take();

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最佳实践总结

1. 连接管理：

   Config config = new Config();
   config.useSingleServer()
         .setAddress("redis://127.0.0.1:6379")
         .setConnectionPoolSize(64);  // 优化连接池

2. 数据序列化：

   config.setCodec(new JsonJacksonCodec());  // 使用JSON序列化

3. 超时控制：

   RBucket<String> bucket = redisson.getBucket("key");
   bucket.set("value", 30, TimeUnit.MINUTES);  // 设置TTL

4. 批量操作：

   RMap<String, String> map = redisson.getMap("user:1001");
   Map<String, String> newData = Map.of("city", "NY", "job", "Engineer");
   map.putAll(newData);  // 批量更新

5. 异步处理：

   RFuture<Void> future = bucket.setAsync("async_value");
   future.whenComplete((res, ex) -> {
       if (ex == null) System.out.println("Async set complete");
   });

Redisson优势：

1. 分布式对象抽象（Map/List/Set等实现java.util接口）
2. 支持异步/反应式编程
3. 内置分布式锁、限流器等工具
4. 自动连接管理和故障转移
5. 与Spring框架无缝集成

通过Redisson，开发者可以用面向对象的方式操作Redis，显著降低分布式系统开发复杂度。

数据结构对比

类型	特点	适用场景	是否有序
String	简单键值	缓存/计数器	无
Hash	字段映射	对象存储	无
List	双向链表	消息队列/时间线	插入顺序
Set	唯一元素	标签/去重	无
SortedSet	带分数排序	排行榜/范围查询	分数排序

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总结

1. String：简单缓存和计数器首选
2. Hash：存储结构化对象（用户/商品）
3. List：消息队列和时间线场景
4. Set：去重和集合运算（共同好友）
5. SortedSet：排行榜和范围查询（如积分榜）

最佳实践：

• 缓存场景优先用String（简单）或Hash（结构化）
• 实时排行榜必用SortedSet
• 消息队列用List或Streams（Redis5.0+）
• 集合运算用Set，注意数据规模
• 所有数据结构都支持TTL过期，善用EXPIRE