Redis 终极实战宝典：Hash 存数据像对象，List 队列秒级响应，性能优化黑科技全解析！

文章目录

• **`本篇摘要`**
• Redis之哈希（Hash）
  • **Redis哈希（Hash）操作指令**
    • **1. 基础键值操作**
    • **2. 批量操作**
    • **3. 键值列表与统计**
    • **4. 数值操作**
    • **5. 高级遍历**
    • **应用场景与最佳实践**
    • **常见问题**
  • Redis 序列化与数据编码
  • Hash 结构的应用与优化
  • 为什么储存对应用户信息不选择String而选择Hash呢？
  • 数据存储的“权衡”与优化思路
• Redis之列表（List）
  • 上文Hash缺点缺点
  • List列表
  • List常见指令
    • 1. **LPUSH key value1 [value2 ...]**
    • 2. **RPUSH key value1 [value2 ...]**
    • 3. **LPOP key [count]（目前的redis5不支持count版本）**
    • 4. **RPOP key [count]（目前的redis5不支持count版本）**
    • 5. **BLPOP key1 [key2 ...] timeout**
    • 6. **BRPOP key1 [key2 ...] timeout**
      • `（brpop与blpop）需要注意：`
    • 7. **LLEN key**
    • 8. **LINDEX key index**
    • 9. **LRANGE key start stop（双闭区间）**
    • 10.LINSERT
    • 11. **LPUSHX key value**
    • 12. **RPUSHX key value**
    • 13. **LREM key count value（L表示list，故无rrem）**
    • 14. **LTRIM key start stop**
    • 15.LSET
  • 基于指令的小结
• List内部编码
• List应用场景
  • 利用数组特性存储学生信息
  • 做消息队列使用
  • 分频道阻塞消息队列
  • 微博获取blog使用
    • **1. 微博存储（哈希结构）**
    • **2. Timeline 构建（列表结构）**
    • **3. 分页获取微博**
• **本篇小结**

本篇摘要

本文详解Redis的Hash和List结构，包括操作指令、内部编码、应用场景（如消息队列、微博Timeline）及优化策略（如ziplist与hashtable转换、pipeline批量操作）。

Redis之哈希（Hash）

Redis哈希（Hash）操作指令

注：这里对应的是key-hash结构，而hash里面又对应的是field-value结构，也就是插入的后面就当成pair就行。

1. 基础键值操作

1.HSET

• 功能：为哈希表中的一个或多个字段设置值。
• 时间复杂度：O(1)（每个字段操作）

示例：

HSET user:1000 name "Alice" age 30 email "[email protected]" 

• 注意事项：
  • 如果字段已存在，值会被覆盖。
  • 支持一次性设置多个字段值（Redis 4.0+）。

2.HGET

• 功能：获取哈希表中指定字段的值。
• 时间复杂度：O(1)

示例：

HGET user:1000 name 

• 注意事项：
  • 如果字段不存在，返回 nil。

3. HDEL

• 功能：删除哈希表中的一个或多个字段。
• 时间复杂度：O(N)（N为删除的字段数量）

示例：

HDEL user:1000 age 

发现对应的年龄没了：

• 返回值：实际删除的字段数量。

4.HEXISTS

• 功能：检查哈希表中是否存在指定字段。
• 时间复杂度：O(1)

示例：

HEXISTS user:1000 name 

5. HSETNX

• 功能：仅当字段不存在时设置值（原子操作）。
• 时间复杂度：O(1)

示例：

HSETNX user:1000 gender "female" 

• 返回值：1（设置成功）或 0（字段已存在）。

2. 批量操作

1. HMSET（已弃用）

• 功能：批量设置多个字段值（Redis 4.0+ 推荐用 HSET 替代）。
• 注意：与 HSET 功能相同，但 HSET 更通用。

示例：

HMSET user:1000 name "Alice" age 30 

2.HMGET

• 功能：批量获取多个字段的值。
• 时间复杂度：O(N)（N为请求的字段数量）

示例：

HMGET user:1000 name email 

• 返回值：按请求顺序返回值的列表，不存在字段返回 nil。

3. HGETALL

• 功能：获取哈希表中所有字段和值（交替返回字段名和值）。
• 时间复杂度：O(N)（N为哈希表大小）

示例：

HGETALL user:1000 

• 注意事项：
  • 大数据量时可能阻塞 Redis，建议用 HSCAN 替代。

3. 键值列表与统计

1. HKEYS

• 功能：获取哈希表中所有字段名(field)。
• 时间复杂度：O(N)（N为哈希表大小）

示例：

HKEYS user:1000 # 返回 ["name", "age", "email"] 

2. HVALS

• 功能：获取哈希表中所有字段值(value)。
• 时间复杂度：O(N)

示例：

HVALS user:1000 

3. HLEN

• 功能：返回哈希表中字段的数量。
• 时间复杂度：O(1)

示例：

HLEN user:1000 # 返回 3 

. HSTRLEN

• 功能：返回字段值的字符串长度（非字节长度）。
• 时间复杂度：O(1)

示例：

HSTRLEN user:1000 name 

4. 数值操作

1. HINCRBY

• 功能：将字段的整数值增加指定增量（支持负数）。
• 时间复杂度：O(1)

示例：

hincrby key1 1 2 

• 注意事项：
  • 字段值必须是整数，否则返回错误。

2. HINCRBYFLOAT

• 功能：将字段的浮点数值增加指定增量。
• 时间复杂度：O(1)

示例：

hincrbyfloat key1 1 1.5 

• 返回值：操作后的新值（科学计数法可能被转换为字符串）。

5. 高级遍历

• HSCAN
  • 功能：增量式迭代哈希表中的字段（解决 HGETALL 阻塞问题）。
  • 时间复杂度：每次调用 O(1)，完整迭代 O(N)。
  • 示例：

redis hscan user:1000 0 match n* 

• 参数说明：
  • 0：起始游标（0 表示新迭代）。
  • MATCH：可选模式匹配（如 n*）。
  • COUNT：可选返回数量（默认 10）。
• 返回值：[新游标, [字段1, 值1, 字段2, 值2, ...]]。

应用场景与最佳实践

1. 大数据量优化：
   • 避免 HGETALL，改用 HSCAN 分批次获取。
   • 对频繁更新的字段使用 HINCRBY。

动态字段管理：

HSET user:1000 settings:dark_mode true 

计数器聚合：

HINCRBY stats:2023 page_views 1 

对象存储：

HSET product:100 name "Laptop" price 999 stock 50 

常见问题

1. HSET 和 HMSET 的区别？
   • 功能相同，但 HSET 自 Redis 4.0 起支持多字段操作，HMSET 已弃用。
2. 如何高效获取大哈希表的所有字段？
   • 使用 HSCAN 分批次迭代，避免阻塞 Redis。
3. HINCRBYFLOAT 的精度问题？
   • Redis 内部使用 IEEE 754 浮点数，可能存在精度损失，建议客户端处理舍入。

这张技术笔记围绕 Redis 数据存储、序列化、Hash 结构、数据编码与优化 等核心内容展开，以下是分条总结的要点：

Redis 序列化与数据编码

1. 序列化本质：把对象/数据转化为字节流（如 JSON、Protobuf 等格式），方便存储或传输；反序列化则是字节流转回对象。
2. 序列化选择考量：
   • 不同场景选不同序列化方式（如性能优先选 Protobuf，可读性优先选 JSON）。
   • 关注序列化后的体积大小（影响存储/网络开销）、兼容性（多语言/版本间解析）、性能（序列化/反序列化速度）。
3. Redis 中的编码：
   • Redis 底层对数据类型（如 String、Hash、List 等）有多种编码实现（如 String 可用 raw/int 编码）。
   • 不同编码的选择由 Redis 自动优化（如小整数用 int 编码，短字符串用 raw 编码），也可手动指定（如 hash-max-ziplist-entries 控制 Hash 用 ziplist 还是 hashtable）。

Hash 结构的应用与优化

1. Hash 适用场景：存储“对象 - 属性”类数据（如用户信息：uid → {name, age, city}），比 String 存 JSON 更节省内存（尤其字段多但单个值小时）。
2. Hash 编码优化：

• 小 Hash（字段数少、值小如：对应的512/64）用 ziplist 编码（紧凑存储，节省内存）。
• 当字段数/值大小超过阈值（由 hash-max-ziplist-entries/hash-max-ziplist-value 控制），自动转为 hashtable 编码（查询效率更高，但内存开销大）。

为什么储存对应用户信息不选择String而选择Hash呢？

首先两者都能存储，但是Hash更有优势：

• 当用String存储，如果要修改某个量就需要把对应的整个json串拿到进行解析在进行修改再放回去，而如果是hash直接通过对应field修改即可如：

• hash的选择真正做到了高内聚低耦合。
• 也就是进行查找某个值的时候不用完全遍历就能做到（比如文件找bug，bug很集中）+修改某某个值的时候无需整体进行修改（比如改bug，发现改一个位置，其他地方不会受影响）。

数据存储的“权衡”与优化思路

1. 空间 vs 性能的权衡：
   • 若追求极致内存，可牺牲部分读写性能（如用 ziplist 编码、压缩序列化）。
   • 若追求极致读写，可牺牲部分内存（如用 hashtable 编码、快速序列化）。
2. 业务场景驱动选择：
   • 冷数据（访问少）→ 优先压缩/省内存；热数据（访问多）→ 优先高性能。
   • 单 key 访问多 → 优化单 key 操作；批量访问多 → 用 pipeline 或批量命令。

Redis之列表（List）

上文Hash缺点缺点

需控制哈希在ziplist和hashtable两种内部编码的转换，可能造成较大内存消耗。

List列表

• 定义与存储：用于存储多个有序字符串，每个字符串为元素，一个列表最多存储2³² - 1个元素。
• 操作：可在列表两端进行插入（push）和弹出（pop）操作，还能获取指定范围元素列表、指定索引下标的元素等。
• 特性与应用：是较灵活的数据结构，可充当栈和队列角色，在实际开发中有诸多应用场景。

注意:list 内部的结果(编码方式)并非是一个简单的数组,而是更接近于 “双端队列” (deque)，而且是有序的，是按照一定顺序排好的，每次取出都是有序并不一定是升序或降序。

List常见指令

注：这里不仅是list类型，对应非list也是，必须保证里面的值类型相同，比如插入了list一个hash类型，以后只能插入hash类型否则报错！

1. LPUSH key value1 [value2 …]

• 功能：将一个或多个值从列表的左侧（前端/头部）插入，新元素会排在原有元素之前。
• 时间复杂度：O(1)（单个元素插入时），批量插入时为 O(N)（N 为插入元素数量）。
• 示例：LPUSH tasks "task1" "task2" → 在 tasks 列表头部依次插入 task1 和 task2，返回插入后列表的总长度（如 2）。

• 其他要点：支持一次性插入多个值；常用于实现栈的“入栈”操作（后进先出）或优先级队列的头部插入。

2. RPUSH key value1 [value2 …]

• 功能：将一个或多个值从列表的右侧（后端/尾部）插入，新元素会排在原有元素之后。
• 时间复杂度：O(1)（单个元素插入时），批量插入时为 O(N)。
• 示例：RPUSH messages "hello" "world" → 在 messages 列表尾部依次追加 hello 和 world，返回插入后列表的长度。

• 其他要点：常用于实现队列的“入队”操作（先进先出）；与 LPUSH 对应，操作方向相反。

3. LPOP key [count]（目前的redis5不支持count版本）

• 功能：从列表的左侧（头部）弹出（移除并返回）一个或多个元素；若不指定 count 则默认弹出 1 个，指定 count 时可批量弹出多个元素（如 LPOP tasks 2 返回并移除前两个元素）。
• 时间复杂度：O(1)（单个元素弹出时），批量弹出时为 O(N)。
• 示例：LPOP tasks → 返回并移除列表最左侧的第一个元素（如 “task1”）；LPOP tasks 2 → 返回并移除前两个元素（数组形式）。

• 其他要点：常用于实现队列的“出队”操作（头部取出）；若列表为空则返回 nil。

4. RPOP key [count]（目前的redis5不支持count版本）

• 功能：从列表的右侧（尾部）弹出（移除并返回）一个或多个元素；支持批量弹出（如 RPOP messages 3 返回并移除最后三个元素）。
• 时间复杂度：O(1)（单个元素弹出时），批量弹出时为 O(N)。
• 示例：RPOP messages → 返回并移除列表最右侧的最后一个元素（如 “world”）；RPOP messages 3 → 返回并移除最后三个元素。

• 其他要点：常用于栈的“出栈”操作（尾部取出）或消息队列的消费端；若列表为空则返回 nil。

5. BLPOP key1 [key2 …] timeout

• 功能：阻塞式地从多个 List 中左侧弹出元素：若所有 List 当前均为空，则客户端会阻塞等待，直到某个 List 有新元素插入或达到超时时间（timeout 秒）。
• 时间复杂度：O(1)（当有元素可弹出时），阻塞期间不占用 CPU 资源。
• 示例：BLPOP tasks 5 → 最多等待 5秒，若 tasks 列表在此期间有新元素，则弹出最左侧元素并返回 [key, value]；超时则返回 nil。

如果要是里面没有数据，而且是多个list，那么就返回第一个预约的list：

正在阻塞。

返回对应pair以及延迟等待时间。

• 其他要点：是实现阻塞队列的核心指令（如生产者-消费者模型），确保消费者在没有数据时等待而非空轮询；常用于任务调度场景。

6. BRPOP key1 [key2 …] timeout

• 功能：与 BLPOP 类似，但从多个 List 的右侧弹出元素（尾部操作），同样支持阻塞等待和超时机制。
• 时间复杂度：O(1)（当有元素可弹出时）。
• 示例：BRPOP messages 5 → 最多等待 5 秒，从 messages 列表右侧弹出最后一个元素；超时则返回 nil。
• 其他要点：适合需要从尾部消费的场景（如特定顺序的任务处理）。

（brpop与blpop）需要注意：

1. 阻塞版本 Redis 会根据 timeout 阻塞一段时间，期间可执行其他命令。
2. 使用 brpop 和 blpop 可显式设置阻塞时间，并非无休止等待。
3. 命令设多个键时，从左到右遍历，有键对应列表能弹出元素则立即返回。
4. blpop 和 brpop 可同时尝试获取多个 key 列表元素，多个 list 中哪个有元素就返回哪个。
5. 多个客户端同时对一个键执行 pop，最先执行命令的客户端得到弹出元素。
6. blpop 和 brpop 看似耗时久，实际对 redis 服务器无负面影响。
7. 可指定一个或多个 key，每个 key 对应一个 list。
8. 若有非空 list，blpop 能获取元素并立即返回；若 list 都为空，阻塞等待其他客户端插入元素。
9. 可指定超时时间，单位为秒，Redis 6 超时可设小数，Redis 5 超时需为整数。
   10.除了这点用法其他和rpop，lpop一致。

7. LLEN key

• 功能：获取指定 List 的当前长度（元素个数）。
• 时间复杂度：O(1)。
• 示例：LLEN tasks → 返回 tasks 列表中的任务总数（如 3）。

• 其他要点：时间复杂度为 O(1)，适合快速检查列表规模；图片中可能通过红色注释提示“高效查询，无需遍历”。

8. LINDEX key index

• 功能：获取列表中指定索引位置（index）的元素值；索引从 0 开始（0 表示第一个元素），负数表示从右侧倒数（如 -1 为最后一个元素，-2 为倒数第二个）。
• 时间复杂度：O(1)。
• 其他要点：若索引越界则返回 nil；Redis 对越界索引不严格报错（相比 C++/Java），支持灵活的正负索引访问。

示例：LINDEX tasks 1 → 返回第一个任务（如 “t3”）；LINDEX tasks -1 → 返回最后一个任务。

9. LRANGE key start stop（双闭区间）

• 功能：获取列表中指定范围（start 到 stop）内的所有元素；支持正数索引（从左到右）和负数索引（从右到左），包含 start 和 stop 位置的元素。
• 时间复杂度：O(S)（S 为返回的元素数量）。
• 其他要点：常用于分页查询或获取列表的局部数据（如最新 N 条记录）；返回值为元素值的数组。

示例：LRANGE tasks 0 2 → 返回第 1~3 个元素；LRANGE tasks -3 -1 → 返回倒数第 3 个到最后一个元素。

这里没有检查越界机制（鲁棒性强大）。

10.LINSERT

• 功能：用于在列表的元素前或者后插入元素。当指定元素有多个时，会在第一个匹配的元素前或后插入。
• 语法：LINSERT key BEFORE|AFTER pivot value
• 示例：若有列表 mylist 包含元素 a b c ....，执行 LINSERT mylist BEFORE a h 后，列表变为 a new_element b c。

返回插入后的个数。

这里没有rinsert，然后就是插入的时候从左往右找第一个（如果有多个的话）。

• 应用场景：适用于需要在列表特定元素附近插入新元素的场景，比如维护一个有序的任务列表，在某个任务前或后插入新任务。

11. LPUSHX key value

• 功能：仅当指定的 key 已存在且为 List 类型时，才将单个值插入到列表的左侧头部；若 key 不存在或对应的 value 不是列表，则不执行任何操作，返回 0。
• 时间复杂度：O(1)。
• 示例：LPUSHX mlist 2 → 若 mlist已存在且为 List，则插入 2 到头部并返回 （新长度）；否则返回 0。

• 其他要点：适合需要确保操作对象已存在的场景（如避免误创建非 List 类型的 key）。

12. RPUSHX key value

• 功能：仅当 key 已存在且为 List 类型时，才将单个值插入到列表的右侧尾部；其他情况不执行操作，返回 0。
• 时间复杂度：O(1)。
• 示例：RPUSHX logs "log_entry" → 若 logs 已存在且为 List，则追加 log_entry 到尾部并返回新长度；否则返回 0。
• 其他要点：与 RPUSH 对应，用于尾部追加时的条件性操作，确保类型安全。

13. LREM key count value（L表示list，故无rrem）

• 功能：从列表中移除指定数量的等于 value 的元素；count 参数控制移除逻辑——正数表示从左到右移除前 count 个匹配值，负数表示从右到左移除后 |count| 个匹配值，0 表示移除所有匹配值。
• 时间复杂度：O(N)（N 为列表长度）。
• 示例：LREM tasks 2 "task1" → 移除左侧前 2 个值为 task1 的元素；LREM tasks 0 "old" → 移除所有值为 old 的元素。

左右移除效果：

全部移除效果：

• 其他要点：返回值为实际被移除的元素个数；适合清理旧数据或重复项。

14. LTRIM key start stop

• 功能：对列表进行修剪（保留指定范围内的元素，删除范围外的其他元素）；保留 start 到 stop 之间的元素（包含两端），超出范围的元素被删除。
• 时间复杂度：O(N)（N 为被删除的元素数量）。
• 示例：LTRIM tasks 0 5 → 只保留前 6 个元素（索引 0~5），其余全部删除；常用于限制列表长度（如只保存最新的 100 条记录）。

• 其他要点：返回值为操作成功标识（如 OK）；适合控制列表规模，避免内存过度占用。

15.LSET

• 功能：通过索引来设置列表中指定位置的元素。
• 语法：LSET key index value
• 示例：对于列表 tasks 包含元素 6个task1，执行 LSET tasks 0 1后，列表变为 1 与5个tasks。

• 应用场景：当需要直接修改列表中特定位置的元素时会用到，例如在存储用户信息的列表中，修改某个用户的特定信息字段。

基于指令的小结

1. Redis中的list是一个双端队列（dequeue）。
2. 从list的两头插入或删除元素效率非常高，时间复杂度为O(1)。
3. 搭配使用rpush（从列表右端插入元素）和lpop（从列表左端删除并返回元素），其功能相当于队列。
4. 搭配使用rpush和rpop（从列表右端删除并返回元素），其功能相当于栈。

List内部编码

最新版本的就是以QuickList存储，然后里面多个ziplist连接起来，整体为Quicklist。

如下：

List应用场景

利用数组特性存储学生信息

如：

比如这里每个学生就是对应hash，而班级+学生就构成list：

创建对应hash：

插入对应班级list并进行检查：

做消息队列使用

Redis可以使⽤lpush+brpop命令组合实现经典的阻塞式⽣产者-消费者模型队列，⽣产者客⼾端使⽤lpush从列表左侧插⼊元素，多个消费者客⼾端使⽤brpop命令阻塞式地从队列中"争抢"队⾸元素。通过多个客⼾端来保证消费的负载均衡和⾼可⽤性。

1. 阻塞式弹出
   • BRPOP 是阻塞操作，当列表为空时，消费者会等待新元素到达。
2. 轮询式消费
   • 只有一个消费者能获取元素，遵循“先执行 BRPOP 先获取”的规则。
   • 消费者按 BRPOP 执行顺序依次获取新元素（如 1→2→3）。
3. 消费流程
   • 消费者1 执行 BRPOP → 拿到新元素 → 命令结束。
   • 若想继续消费，需重新执行 BRPOP，否则不参与下一轮竞争。
   • 新元素到达后，由下一个执行 BRPOP 的消费者（如消费者2）获取。
4. 适用场景
   • 实现多消费者公平轮询的任务队列（如订单分发、消息处理）。
   • 避免单个消费者独占资源，确保任务均衡分配。

分频道阻塞消息队列

Redis同样使⽤push+brpop命令，但通过不同的键模拟频道的概念，不同的消费者可以通过brpop不同的键值。

• 在消息队列里设置多个通道（比如 Redis 的 List 或 Stream），每个通道专门传一类数据。就像抖音，用不同通道分别传短视频、弹幕、点赞这些数据。
• 比如弹幕通道出问题，不影响视频和点赞通道。像抖音里弹幕加载不出来，视频还能正常播，实现解耦合。

微博获取blog使用

1. 微博存储（哈希结构）

• 存储字段：title（标题）、timestamp（发布时间）、content（内容）。

每篇微博使用 Hash 存储，如：

HMSET mblog:1 title "xx" timestamp 1476536196 content "xxxxx" 

2. Timeline 构建（列表结构）

• 最新微博在列表头部（LPUSH 保证时间倒序）。

用户 Timeline 使用 List 存储微博ID，如：

LPUSH user:1:mblogs mblog:1 mblog:3 

3. 分页获取微博

• 步骤2：遍历ID，用 HGETALL 获取每条微博详情。

步骤1：用 LRANGE 获取微博ID列表（如第1页前10条）：

LRANGE user:1:mblogs 0 9 

解释下：

• 用户名字作为key，以list形式连接内容。
• 如果每次分页获取博客内容特别多，也就是需要多次向服务器发送请求，这样效率低，因此可以利用pipeline技术进行封装成一个网络请求。
• 但是避免不了如果当某一页内容正好索引落在了list中部，正着和倒着找都不方便，因此可以考虑进行多个list储存，精确判断最后落在哪个list，然后进行返回。

本篇小结

学习本篇，我们最终可以知道Hash适合存储对象属性，List可实现栈、队列及分页查询。通过合理选择数据结构和编码（如ziplist），能显著提升Redis性能和内存效率。