# Redis常用的数据结构及使用场景

## 1. 引言

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的、基于内存的键值存储系统，支持多种数据结构，广泛应用于缓存、消息队列、实时分析等场景。其高性能和丰富的数据结构使其成为现代分布式系统中的重要组件。本文将详细介绍Redis常用的五种核心数据结构及其典型使用场景。

## 2. String（字符串）

### 2.1 数据结构特点
- 最基本的数据类型，可存储文本、JSON、二进制数据
- 最大容量512MB
- 支持原子性操作（INCR/DECR等）

### 2.2 常用命令
```redis
SET key value [EX seconds]
GET key
INCR key
DECR key
APPEND key value

2.3 使用场景

1. 缓存系统
   存储用户会话、页面缓存等短期数据

   SET user:1001:profile "{name:'Alice',age:28}" EX 3600
   

2. 计数器
   实现文章阅读量、点赞数统计

   INCR article:1001:views
   

3. 分布式锁
   通过SETNX实现简单分布式锁

   SETNX lock:order 1 EX 30
   

3. Hash（哈希）

3.1 数据结构特点

• 字段-值映射表
• 适合存储对象
• 单个Hash可存储2^32-1个键值对

3.2 常用命令

HSET key field value
HGET key field
HGETALL key
HINCRBY key field increment

3.3 使用场景

1. 用户属性存储
   比String更节省空间的结构化存储

   HSET user:1001 name "Bob" age 25 email "bob@example.com"
   

2. 商品购物车
   实现多字段的读写更新

   HSET cart:1001 item1 3 item2 5
   HINCRBY cart:1001 item1 -1  # 减少商品数量
   

3. 配置管理
   集中存储系统配置参数

   HSET config:payment timeout 300 max_retry 3
   

4. List（列表）

4.1 数据结构特点

• 有序元素集合
• 双向链表实现
• 支持头部/尾部操作
• 最大长度2^32-1

4.2 常用命令

LPUSH/RPUSH key value
LPOP/RPOP key
LRANGE key start stop
BLPOP/BRPOP key timeout  # 阻塞版本

4.3 使用场景

1. 消息队列
   实现简单的生产-消费模型 “`redis

   生产者

   LPUSH orders “{id:1001, product:‘phone’}”

# 消费者 RPOP orders

2. **最新消息展示**  
   存储最新的N条记录
   ```redis
   LPUSH news "Breaking: Redis 7.0 released"
   LTRIM news 0 9  # 保留最新10条

1. 历史记录
   用户浏览历史等场景

   
   LPUSH history:user1001 "page:/products/123"
   LTRIM history:user1001 0 49  # 保留50条记录
   

5. Set（集合）

5.1 数据结构特点

• 无序唯一元素集合
• 支持交并差运算
• 最大成员数2^32-1

5.2 常用命令

SADD key member
SMEMBERS key
SINTER key1 key2  # 交集
SUNION key1 key2  # 并集
SISMEMBER key member

5.3 使用场景

1. 标签系统
   文章/商品标签管理

   SADD article:1001:tags "tech" "database" "nosql"
   SADD user:1001:interested_tags "tech" "programming"
   

2. 好友关系
   共同好友计算

   SINTER user:1001:friends user:1002:friends
   

3. 唯一计数器
   统计UV等需要去重的场景

   SADD daily_uv:20230501 "192.168.1.1" "10.0.0.2"
   SCARD daily_uv:20230501  # 获取UV数
   

6. Sorted Set（有序集合）

6.1 数据结构特点

• 唯一成员+分数(score)的有序集合
• 按score排序（默认升序）
• 底层实现：跳跃表+哈希表

6.2 常用命令

ZADD key score member
ZRANGE/ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]
ZRANGEBYSCORE key min max
ZRANK key member  # 获取排名

6.3 使用场景

1. 排行榜系统
   实时更新的各类榜单

   ZADD leaderboard 3500 "player1" 2800 "player2"
   ZREVRANGE leaderboard 0 9 WITHSCORES  # TOP10
   

2. 延迟队列
   通过score存储执行时间戳

   ZADD delay_queue 1685600000 "task1"
   # 获取到期任务
   ZRANGEBYSCORE delay_queue 0 <current_timestamp>
   

3. 范围查询
   地理位置、价格区间等场景

   ZADD hotels 350 "Hilton" 480 "Marriott" 220 "Ibis"
   ZRANGEBYSCORE hotels 300 500  # 300-500价位的酒店
   

7. 其他数据结构

7.1 Bitmaps

• 位操作数据结构
• 使用场景：用户签到、布隆过滤器

7.2 HyperLogLog

• 基数估算算法
• 使用场景：大数据量UV统计

7.3 Geospatial

• 地理空间索引
• 使用场景：附近的人、位置搜索

8. 数据结构选择建议

需求特征	推荐数据结构
简单键值存储	String
对象属性存储	Hash
先进先出/后进先出	List
无序且需要唯一性	Set
需要排序的场景	Sorted Set
是/否类型统计	Bitmap
大数据量去重计数	HyperLogLog
地理位置相关	Geospatial

9. 性能优化建议

1. 控制集合大小：单个集合元素不超过5000为佳
2. 合理使用Pipeline：减少网络往返时间
3. 避免大Key：单个Key的Value不超过1MB
4. 选择适合的数据结构：如统计UV优先用HyperLogLog而非Set
5. 注意时间复杂度：如KEYS命令改为SCAN

10. 总结

Redis通过丰富的数据结构满足了不同场景下的需求： - String：万能基础类型 - Hash：结构化对象存储 - List：队列和栈场景 - Set：无序唯一集合 - Sorted Set：带权重的有序集合

在实际应用中，应根据业务特点选择最合适的数据结构，必要时可以组合使用多种数据结构。理解每种数据结构的底层实现和特性，才能充分发挥Redis的高性能优势。

11. 扩展阅读

• Redis官方文档：https://redis.io/docs/
• 《Redis设计与实现》
• Redis内存优化白皮书

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注：本文约2900字，包含了Redis五种核心数据结构的详细介绍、命令示例、典型场景及使用建议。Markdown格式便于直接发布到技术博客或文档系统。