Redis数据结构之String

String 类型是 Redis 的最基本的数据类型,一个 key 对应一个 value,可以理解成与Memcached一模一样的类型。

String 类型是二进制安全的,意思是 Redis 的 String 可以包含任何数据,比如图片或者序列化的对象,一个 Redis 中字符串 value 最多可以是 512M。并且的存储是动态的(意味着可以随时修改它本身的值),每次分配内存时会高出实际字符串的 length,这样采用预分配冗余空间方式来减少内存的频繁分配。


文章目录

        • 1、String数据类型
          • 1.1、String类型简介
          • 1.2、String应用场景
        • 2、String底层结构
          • 2.1、SDS简单动态字符串结构
          • 2.2、SDS简单动态字符串优点
        • 3、String常用命令
          • 3.1、设定/获取操作
          • 3.2、自增/自减操作
          • 3.3、追加字符串
          • 3.4、删除字符串
          • 3.5、截取字符串
          • 3.6、替换字符串
          • 3.7、分布式锁设置
          • 3.8、设置过期时间
          • 3.9、批量操作设置
          • 3.10、获取字符串长度


1、String数据类型

1.1、String类型简介

String 类型是 Redis 的最基本的数据类型,一个 key 对应一个 value,可以理解成与Memcached一模一样的类型。

String 类型是二进制安全的,意思是 Redis 的 String 可以包含任何数据,比如图片或者序列化的对象,一个 Redis 中字符串 value 最多可以是 512M。并且的存储是动态的(意味着可以随时修改它本身的值),每次分配内存时会高出实际字符串的 length,这样采用预分配冗余空间方式来减少内存的频繁分配。

1.2、String应用场景

String 使用场景一般是存储简单的键值类型。比如用户信息,登录信息,配置信息等。还有一种用得比较多的是 string 的 “incr/decr” 操作,即"自减/自增"操作。调用它是原子性的,无论调用多少次,都一一计算成功,例如需要增减库存的操作。

应用场景:

  1. 缓存基础数据:例如缓存登录用户的基本的缓存数据,但是建议使用 Hash 缓存;
  2. 计数器:浏览量、点击数等。利用 string 的 “incr/decr” 操作,即"自减/自增"操作,并且它是原子性的;
  3. 限制请求次数:也是利用 “incr” 方法,以访问者的 ip 和其他信息作为 key,访问一次增加一次计数,超过次数则返回 false;
  4. 分布式共享 Session:因为 Redis 是分布式的独立服务,可以在多个应用之间共享,所以可以用作分布式 Session 等场景;
  5. 分布式锁:SET 命令有个 NX 参数可以实现「key不存在才插入」,可以用它来实现分布式锁。

2、String底层结构

2.1、SDS简单动态字符串结构

Redis 使用 SDS 简单动态字符串(Simple Dynamic String,SDS)来表示字符串,Redis 中字符串类型包含的数据结构有:整数(R_INT)、字符串(R_RAW)。

我们以字符串为例子,常规的字符串,如 “Brand”,如果要获取他的长度,需要从头开始遍历,直至遇到 ‘\0’ 空字符代表结尾,如 C 字符串:

C 字符串结构与 SDS 字符串结构对比图参照如下:

image-20230813124658755

结合上图来看,其中:

属性说明
“Free”记录 Buf 数组中未使用字节的长度
“Len”记录 Buf 数组中已使用字节的长度,等于 “Buf[]” 中字符串的长度
“Buf[]”字节数组,用于保存字符串,最后一个字节则保存了空字符 ‘\0’,代表结尾。
2.2、SDS简单动态字符串优点

比起 C 字符串,SDS 具有以下优点:

  1. 时间方面:SDS 获取字符串长度时间复杂度为 O(1) ,C 字符串不记录自身长度,获取 C 字符串长度时必须遍历整个字符串计数得到,复杂度是 O(N),SDS 字符串自身记录维护 “Len” 长度属性,获得 SDS 字符串长度的复杂度是 O(1);

  2. 空间方面-空间预分配操作:SDS 被修改后,程序不仅会为 SDS 分配所需要的空间,还会分配额外的未使用空间。这样,Redis 可以减少连续执行字符串增长操作所需的内存重分配次数;

  3. 空间方面-杜绝缓冲区溢出:C 字符串不记录长度,由于两个 C 字符串在内存存储上紧邻,在执行字符串拼接 strcat 时,如果不提前分配足够空间,很可能发生修改 s1 的数据溢出到 s2 所在的空间中(缓冲区溢出)。SDS 杜绝了缓冲区溢出问题,它记录了长度,当修改 SDS 字符串之前,API 都会检查 SDS 的空间是否满足修改的要求,不满足 API 会自动进行空间扩展;

    具体分配未使用空间如下 2 种方式:

    • 如修改后长度 “Len” 小于 1MB,就分配和 “Len” 属性相同大小的未使用空间:Free=Len

    • 如修改后长度 “Len” 大于等于 1MB,就分配 1M 的未使用空间:Free=1MB

  4. 空间方面-惰性空间的释放:SDS 避免了缩短字符串时所需的内存重分配操作,并为将来可能有的增长操作提供了优化。当 SDS 做缩短操作,不会立刻使用内存重分配来收回缩短后多出来的字节,而是保持在 free 属性里。将来如果需要 append 操作,则直接使用 “Free” 中未使用的空间,减少了内存的分配步骤。另外,SDS 也提供了 API 手动进行释放 SDS 未使用空间,避免惰性释放策略会造成内存浪费;

  5. 二进制安全:二进制安全:C 字符串的字符必须符合某种编码,除结尾空字符以外,字符串内部不允许有空字符串,存储有局限性。而在 Redis 中,不仅可以存储 String 类型的数据,也可能存储一些二进制数据。二进制数据并不是规则的字符串格式,其中会包含一些特殊的字符如 ‘\0’。在 C 中遇到 ‘\0’ 则表示字符串的结束,但 SDS 不是,它是以 “Len” 长度标识结尾;

  6. 兼容 C 字符串函数:SDS 虽然不仅二进制安全的,还是秉承 C 字符串以空字符结尾的特性,很多函数与 C 字符串一致不需要重写。


3、String常用命令

3.1、设定/获取操作

设定/获取 Key 值:

SET key value					# 设置指定 key 的值:
GET key								# 获取指定 key 的值:

image-20230819233407969

3.2、自增/自减操作

自减/自增 Key 值:

INCR key							# 自增
DECR key							# 自减

String 类型除了可以存字符串也可以是数字。注意这里得是数字才可以进行

image-20230819234729301

如果要带步长:

INCRBY key	num				# 自增
DECRBY key	num				# 自减

image-20230819234934419

3.3、追加字符串

使用 append 追加字符串:

APPEND key addvalue

append 命令后但会当前 string 长度。

image-20230819233702727

3.4、删除字符串

使用 del 删除字符串:

DEL key
DEL key1 key2 key3

image-20230819235218967

3.5、截取字符串

使用 getrange 截取字符串:

getrange key start end
getrange key 0 -1						# 查询全部

image-20230819235823254

3.6、替换字符串

使用 setrange 替换字符串::

setrange key num value

image-20230820000105855

3.7、分布式锁设置

分布锁设置,只有在 key 不存在时设置 key 的值:

SETNX key value 	

image-20230820000733308

3.8、设置过期时间

设置指定 key 的值,并将 key 的过期时间设为 seconds 秒:

SETEX key seconds value

image-20230820001035365

3.9、批量操作设置

一次性设置多个:

MSET k1 v1 k2 v2 k3 v3

一次性获取多个:

MGET k1 k2 k3

image-20230820001549588

一次性设置多个(事务),只要有一个失败,则都不成功:

MSETNX k1 v1 k2 v2 k3 v3

image-20230820001812549

3.10、获取字符串长度

使用 strlen 获取字符串长度:

STRLEN key

image-20230819234040304

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