Redis的字符串与散列类型

• String 类型简介
• String 类型的命令操作
• Hash 类型简介
• Hash 类型的命令操作

String 数据类型简介

• Redis 数据库内部结构
• 键值的语法约定
• String  类型介绍

一、Redis 数据库内部结构
Redis 中的每个数据库，都由一个redis.h/redisDb 结构表示：
伪代码：

typedef struct redisDb {
      int   id;   // 保存着数据库以整数表示的号码
     dict  *dict;  // 保存着所有键值对数据,这个属性也被称为键空间（key space）
     dict  *expires;  // 保存着键的过期信息
     dict  *blocking_keys;  // 实现列表阻塞原语，在列表类型一章有详细的讨论
     dict  *watched_keys;// 用于实现WATCH 命令
  } redisDb;

因为 Redis 是一个键值对数据库( key-value pairs database ），所以它的数据库本身也是一个字典（俗称 key space）
字典的键是一个字符串对象。
字典的值则可以是包括字符串、列表、哈希表、集合或有序集在内的任意一种Redis 类型对象。

在 redisDb  结构的 dict  属性中，保存着数据库的所有键值对数据。
下图展示了一个包含 number 、book 、message 三个键的数据库—其中 number
键是一个列表，列表中包含三个整数值；book  键是一个哈希表，表中包含三个键
值对；而 message  键则指向另一个字符串。


String 数据类型简介 — 键值的语法约定

命令
      Redis中的命令不区分大小写，SET与set效果是一样的。
主键（key）
可以用任何二进制序列作为key值，从形如“ foo”的简单字符串到一个JPEG文件的内容都可以。空字符串也是有效key值。

String 数据类型简介 — 键值的语法约定
关于key的规则
可以用任何二进制序列作为key值。
格式约定：object-type:id:field。
不用太长的键值。不仅消耗内存，而且在数据查找中计算成本很高。
太短的键值通常也不是好主意，可读性差。
      如用“user:1000:password” 来代替“u:1000:pwd”。

String类型介绍
String 是 Redis 最基本的类型，而且 String 类型是二进制安全的。意思是 Redis 的
String可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象。从内部实现来看其实
String可以看作byte数组，最大上限是1G字节。下面是String类型的定义。
伪代码：

struct sdshdr {   
      long  len;       //len是buf数组的长度
      long  free;     //free是数组中剩余可用字节数
      char  buf[ ];  //char数组用于存贮实际的字符串内容
   }String; 

应用场景
         String是最常用的一种数据类型，普通的key/value存储。
实现方式
         String在Redis内部存储默认就是一个字符串，被  RedisObject 所引用，当遇到incr，decr等操作时会转成数值型进行计算，此时 RedisObject 的 encoding 字段为int。
整体结构如下：


String类型的命令操作

• 新增相关命令
• 查询相关命令
• 修改相关命令
• 删除及其它命令
• 场景案例

新增相关命令
Set
语法：set key value
解释：把值value赋给key，如果key不存在，新增；否则，更新。
Setnx
语法：setnx  key  value
解释：只 insert 不 update，即，仅仅key不存在时，则设置key的值为value，并返回1，否则返回0  。setnx 是set if not exists 的缩写。

Setex
语法： setex key seconds value
解释：设置key的过期时间和值。过期时间seconds单位是秒。设置过期时间和值是原子操作，如果redis仅仅当做缓存，这个很命令很有用。
mset
语法：mset  key  value  [key  value ...]
解释：同时设置多个key-value。

msetnx
语法：msetnx key value  [key value ...]
解释：所有key都不存在才执行set操作。

查询相关命令
get
语法：get key
解释：获取key所set的值。
mget
语法： mget key [key]
解释：批量获取key的值。程序一次获取多个值，可以减少网络连接损耗。

getrange
语法：getrange  key star end
解释：获取存储在key中value的字串。字符串的截取有star和end决定，字符串的第一个字符编号是0，第二个是1，一次类推；如果是负数，-1是最后一个字符，-2是倒数第二个字符，一次类推。

修改相关命令
getset
语法：getset key value
解释：设置key的值，并返回key的旧值。
append
语法：append key value
解释：key存在，在旧值的后面追加value；key不存在，直接set，返回长度。

setrange (替换部分子串)
语法：setrange  key offset value
解释：用value重写key值的一部分，偏移量由offset指定 。

Incr/decr
语法：incr/decr  key
解释：key中如果存储的是数字，则可以通过incr递增key的值，返回递增后的值。如果key不能存在，视为初始值为0。

Incrby/decrby
语法：incrby key increment
解释：用指定的步长增加key存储的数字。如果步长increment是负数，则减。
注意：递增递减系列的函数，只能对保存的是数字的key操作，不能是字符串。 

del
语法：del key [key]
解释：删除指定的key，返回删除key的个数。

strlen
语法：strlen key
解释：获取key中所存储值的长度。

场景案例
案例：博客系统的设计与开发
需求与实现
文章的访问量：定义键 post:articleID:pageView，通过INCR命令递增
自增ID：定义键article:count，通过INCR递增
存储文章的数据：伪代码如下
首先获得新文章的ID
              $postID = INCR posts:count
将博客文章的诸多元素序列化成字符串
              $serializedPost = serialize($title,$content,$author,$time)
把序列化后的字符串存入一个字符串类型的键中
              SET post:$postID:data,$serializedPost
获取文章数据的伪代码
从Redis中读取文章的数据
              $serializePost=GET post:42:data
将文章数据反序列化成文章的各个元素
               $title,$content,$author,$time = unserialize($serializePost)
获取并递增文章的访问量
              $count=INCR post:42:pageView

原理图如下：


Hash类型简介

• Hash数据类型的概念
• Hash数据类型的底层实现
• Hash数据类型的使用场景

Hash数据类型的概念
Redis hash 是一个 string 类型的 field 和 value 的映射表。可以将 Redis 中的 Hash 类型看成具有 String
Key 和 String  Value 的 map容器。将一个对象存储为 Hash 类型，较于每个字段
都存储成 string 类型更能节省内存。每一个Hash可以存储2^32 -1个键值对。

Hash数据类型的底层实现
Hash 对应 Value 内部实际就是一个 HashMap，实际这里会有2种不同实现，这个
Hash的成员比较少时 Redis 为了节省内存会采用类似一维数组的方式来紧凑存储即
zipmap（压缩列表），而不会采用真正的 HashMap 结构，对应的value
redisObject 的 encoding为 zipmap，当成员数量增大时会自动转成真正的
HashMap,此时 encoding 为ht（哈希表）。


dict.h/dict 给出了这个字典的定义：

Typedef  struct  dict {
     dictType *type;  // 特定于类型的处理函数
     void *privdata;  // 类型处理函数的私有数据
     dictht ht[2];       // 哈希表（2 个）
     int rehashidx;  // 记录rehash 进度的标志，值为-1 表示rehash 未进行
     int iterators;    // 当前正在运作的安全迭代器数量
   } dict;

//字典所使用的哈希表实现由 dict.h/dictht 类型定义：
typedef struct dictht {
     dictEntry  **table; // 哈希表节点指针数组（俗称桶，bucket）
     unsigned long size; // 指针数组的大小
     unsigned long sizemask; // 指针数组的长度掩码，用于计算索引值
     unsigned long used; // 哈希表现有的节点数量
  } dictht;
//dictEntry 都保存着一个键值对，以及一个指向另一个 dictEntry 结构的指针:
typedef struct dictEntry {
      void *key;// 键
      union {
         void *val;   …
        } v; // 值
      struct dictEntry *next;// 链往后继节点
    } dictEntry;

整个字典结构可以表示如下：


Hash类型简介 — 使用场景
Hash类型适合存储对象：使用对象类别和ID构成键名，使用字段表示对象的属性，
而字段值则存储属性值。例如要存储ID为2的汽车对象，可以分别使用名为color、
name和price的3个字段来存储该辆汽车的颜色、名称和价格。个人感觉基本跟java中的domain
差不多。

使用场景
Hash类型适合存储对象：使用对象类别和ID构成键名，使用字段表示对象的属性，
而字段值则存储属性值。例如要存储ID为2的汽车对象，可以分别使用名为color、
name和price的3个字段来存储该辆汽车的颜色、名称和价格。


Hash类型的命令操作

新增相关命令
hset
语法：hset key field value
解释：设置hash表key中的field的值。如果hash表不存在，则创建，并执行设置field的值，如果hash表存在，值field的值覆盖。

hmset
语法：hash key  field  value[key value]
解释：批量设置hash表key的域，如果原来有值就进行覆盖。
hsetnx
语法：hsetnx key field value
解释：仅仅当field域不存在时，设置hash表field的值。

查询相关命令
hget
语法：hget key field
解释：获取哈希表key的field值。
hmget
语法：hmget key field[field]
解释：批量获取hash表的filed。

hgetall
语法：hgetall key
解释：获取hash表的所有域值。
hexits
语法：hexists key field
解释：判断hash表中是否存在某个域。
hkeys
语法：hkeys key
解释：获取hash表的所有域。
hvals
语法：hvals key
解释：获取hash表的所有域值。
hincrby
语法：hincrby key field increment
解释：hash表field域的数值增加步长increment，如果increment是负值，则是递减。如果域不存在，初始值视为0。

删除及其它相关命令
hdel
语法：hdel key field[field]
解释：删除hash的域，如果指定多个field，则删除多个。
hlen
语法：hlen key
解释：获取hash的域数量。


场景案例
该案例引自极客学院，本人未进行尝试。



本文小结
   1、redis中的数据库内部结构。
   2、redis中的String类型及常用命令、使用场景。
   3、redis中的hash表学习及常用命令、使用场景。